Кребсов циклус

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај

Кребсовиот циклус (познат и како циклус на лимонската киселина или циклус на трикарбоксилни киселини, именуван по Ханс Адолф Кребс) е серија 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 протеините во јаглероден 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 прекурсори за многу соединенија, како одредени аминокиселини, а некои од неговите реакции се важни и во клетките во кои се врши ферментација.

Преглед[уреди]

Шема на метаболичките патишта поврзани со Кребсовиот циклус.

Два јаглеродни атоми се оксидираат до CO2 и енергијата од овие реакции се складира во GTP, NADH и FADH2. NADH и FADH2 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 NADH и FADH2. Исто така, овој циклус дава метаболички меѓупродукти за биосинтетска намена.

Ензимите и меѓупродуктите од Кребсовиот циклус се наоѓаат во митохондрискиот матрикс, каде редуктивната моќ на NADH и FADH2 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 ATP 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 протеински комплекси кои образуваат честица поголема од рибозом.

Вкупната реакција во која учествува пируват дехидрогеназата е:

пируват + КоА + NAD+ → Ацетил-КоА + CO2 + NADH + H+

Енергијата која е содржана во соединенијата се екстрахира од страна на цикличен сет од реакции кој дава редуцирачки еквиваленти и една молекула на GTP 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 меѓупродукт — 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 NADH, 1 GTP и 1 FADH2 во форма на хемиска енергија и 1 оксалацетат. Циклусот е неповратен, што значи дека CO2 не може да се користи за образување на ацетат.

Супстрати Продукти Ензим Вид на реакцијата Забелешка
1 Оксалоацетат +
Ацетил-КоА +
H2O
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 +
H2O
Аконитаза Дехидрација повратна изомеризација
3 cis-аконитат +
H2O
Изоцитрат Хидрација
4 Изоцитрат +
NAD+
Оксалосукцинат +
NADH + H +
Изоцитрат дехидрогеназа Оксидација дава NADH (еквивалент на 2.5 ATP)
5 Оксалосукцинат α-кетоглутарат +
CO2
Декарбоксилација неповратен чекор,
дава 5С молекула
6 α-кетоглутарат +
NAD+ +
CoA-SH
Сукцинил-КоА +
NADH + H+ +
CO2
α-кетоглутарат дехидрогеназа Оксидативна
декарбоксилација
дава NADH (еквивалент на 2.5 ATP),
го регенерира 4С ланецот (не се смета КоА)
7 Сукцинил-КоА +
GDP + Pi
Сукцинат +
CoA-SH +
GTP
Сукцинил-КоА синтетаза Фосфорилација на ниво на супстрат или ADPATP наместо GDP→GTP,[1]
дава 1 ATP или еквивалент
8 Сукцинат +
убихинон (Q)
Фумарат +
убихинол (QH2)
Сукцинат дехидрогеназа Оксидација користи FAD како простетична група (FAD→FADH2 во првиот чекор од реакцијата) во ензимот,[1]
дава еквивалент од 1.5 ATP
9 Фумарат +
H2O
L-Малат Фумараза H2O адиција
(хидрација)
10 L-малат +
NAD+
Оксалоацетат +
NADH + H+
Малат дехидрогеназа Оксидација дава NADH (еквивалент на 2.5 ATP)

Биосинтетска функција и метаболичка контрола[уреди]

Шема на Кребсовиот циклус (кликнете за зголемување).

Како и глуколизата и глуконеогенезата, Кребсовиот циклус е регулиран од енергетските потреби на клетката, и тоа главно од оксидативната фосфорилација која го обновува клеточниот ATP. Така, ATP и NADH даваат негативна фидбек контрола 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 ATP не е повеќе потребна, при што почнува да се акумулира NADH. Бидејќи и Кребсовиот циклус и оксидативната фосфорилација се одвиваат во митохондрискиот матрикс, постои брз фидбек механизам контролиран со дифузија за клучните ензими во двете патишта. Исто така, оваа алостерична контрола го прекинува циклусот при анаеробни услови при кои NADH и FADH2 не можат повеќе да се оксидираат од составните делови на ланецот за транспорт на електрони (комплексите I и II).

Втор регулаторен механизам е фидбек контролата на цитратот врз глуколизата и синтезата на масните киселини. Високите концентрации на цитрат укажуваат на високи нивоа на Ацетил-КоА, со што се забавува глуколизата, 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 глуконеогенезата. 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[уреди]

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 прекурсори 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 бактериитерастенијата, 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 ATP 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[уреди]

  1. 1,0 1,1 Berg, JM; JL Tymoczko, L Stryer (2002). „Biochemistry - 5th Edition“. WH Freeman and Company. стр. 476. ISBN 0-7167-4684-0.