Krebsov ciklus

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Pregled Krebsovog ciklusa

Krebsov ciklus (ciklus limunske kiseline, ciklus trikarboksilnih kiselina) je metabolički proces u aerobnim uslovima pri kome se dobija energija iz glukoze.

Uvod[uredi]

U glikolizi krajnji produkat je pirogrožđana kiselina nastala iz glukoze. U aerobnim uslovima, sledeći korak u stvaranju ćelijske energije je oksidativna dekarboksilacija pirogrožđane kiseline i nastanak acetil koenzima A (skr. acetil KoA). Ova aktivirana acetil jedinica je zatim kompletno oksidovana do ugljen dioksida serijom reakcija koje čine Krebsov ciklus. Ovaj ciklus je takođe i zajednički metabolički put za stvaranje energije oksidacijom amino kiselina, ugljenih hidrata i masnih kiselina.

Oksidativna dekarboksilacija pirogrožđane kiseline i pretvaranje iste u acetil KoA se odvija u mitohondrijskom matriksu i upravo ovaj korak je karika koja povezuje glikolizu i Krebsov ciklus. Jednačina ove dekarboksilacione reakcije je:

  • Pirogrođžana kiselina + KoA + NAD+ → Acetil KoA + CO2 + NADH

Enzim koji katalizuje ovu reakciju je zapravo visoko integrisani kompleks tri enzima piruvat-dehidrogenaze.

Uprošćena shema[uredi]

Uprošćeni prikaz Krebsovog ciklusa

Ciklus počinje tako što se oksaloacetat (jedinjenje od četiri ugljenikova atoma) kondenzuje sa acetil jedinicom (jedinjenje od dva ugljenikova atoma) i time stvaraju citrat (jedinjenje sa šest ugljenikovih atoma). Izomer citrata se zatim dekarboksiluje i rezultuje u stvaranju α - ketoglutarata, koji se zatim opet oksidativnom dekarboksilacijom pretvara u sukcinat (jedinjenje sa četiri ugljenikova atoma). Serijom reakcija oksaloacetat se regeneriše iz sukcinata.

Reakcije Krebsovog ciklusa[uredi]

Aldolna kondenzacija[uredi]

Citrat

Ciklus počinje jedinjenjem oksaloacetata i KoA. Oksaloacetat reaguje sa acetil KoA i vodom i rezultuje sa citratom i KoA. Rekacija je tipa aldolne kondenzacije, praćena sa hidrolizom. Enzim koji katalizuje ovu reakciju je citrat-sintaza. Hidroliza citril-KoA jako pomera ravnotežu ukupne reakcije u smeru nastajanja citrata.

Izomerizacija citrata[uredi]

Citrat mora biti transformisan u izocitrat, jedinjenje sa šest ugljenikovih atoma, kako bi oksidativna dekarboksilacija bila moguća. Koraci izomeriacije citrata se sastoje od dehidracije, praćene hidracijom. Ovom izomeracijom se vrši zamena mesta vodonikovog atoma i ОН grupe. Enzim koji katalizuje oba koraka je akonitaza (akonitat-hidrataza), jer se pretpostavlja da je „međukorak“ izomerizacije cis-akonitat.

Oksidacija i dekarboksilacija izocitarata[uredi]

α - Ketoglutarat

Prva od ukupno četiri oksidativno-redukcione reakcije je dobijanje ketoglutarata. Oksidativna dekarboksilacija izocitrata je katalizovana enzimom izocitrat-dehidrogenaza:

Izocitrat + NAD → α - Ketoglutarat + CO2 + NADH

Međukorak ove transformacije je oksalosukcinat, inače nestabilna β - kiselina, koja prilikom reagovanja sa enzimom, gubi CO2 i formira ketoglutarat. Ova reakcija Krebsovog ciklusa je veoma važna, jer brzina ove reakcije i samim tim brzina stvaranja α - Ketoglutarata, određuje sveukupnu brzinu ciklusa.

Stvaranje sukcinil KoA[uredi]

Sukcinil KoA

Konverzacija izocitrata u alfa-ketoglutarat je praćena drugom oksidativno dekarboksilacionom reakcijom, formacija sukcinil KoA.

α - Ketoglutarat + NAD + KoA → Sukcinil KoA+ CO2 + NADH

Reakcija je katalizovana kompleksom enzima α - ketoglutarat dehidrogenazom.

Veza između sumpora i KoA u jedinjenju sukcinil KoA je bogata energijom. ΔG°' za hidrolizu ove veze je -8 kilokalorija po molu, što je približno hidrolizi ATP-a, čija iznosi ΔG°' ~ -7.3 kilokalorija po molu. Hidroliza ove veze proizvodi GTP (guanin-trifosfat) fosforilacijom GDP (guanin-difosfat).

Fosforilacija GDP-a:

Sukcinil-KoA + Pi + GDP → Sukcinat + GTP + KoA ; ΔG°'= -0.8 kcal/mol

Сукцинат[uredi]

Сукцинат

Сукцинат бива оксидован ензимом сукцинат-дехидрогеназа до фумарата. FAD (flavin adenin dinukleotid) preuzima vodonikov atom, umesto NAD+, koji se koristi u ostale tri redoks reakcije Krebsovog ciklusa. Razlog upotrebe FAD umesto NAD+ je taj da je promena slobodne energije nedovoljna kako bi se NAD redukovao u NADH.

Hidracijom fumarata dobija se malat. Fumaraza, katalizator ove reakcije, katalizuje stereospecifičnu trans-adiciju vodonikovog atoma i ОН-grupe. ОН-grupa se dodaje samo jednoj strani dvogube veze, te se ovom reakcijom dobija L izomer malata (L-malat).

Regeneracija oksaloacetata[uredi]

Poslednji korak ciklusa je oksidacija malata kako bi se regenerisao oksaloacetat. Katalizator ove reakcije je malat-dehidrogenaza, u kojoj NAD+ prihvata vodonikov atom.

Stehiometrija Krebsovog ciklusa[uredi]

Zbirna jednačina Krebsovog ciklusa je:

Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 3 H2O → CoA-SH + 3 NADH + H+ + FADH2 + GTP + 2 CO2 + 3 H+

Ciklus[uredi]

Krebsov Ciklus
  1. Dva atoma ugljenika ulaze u ciklus kondenzacijom acetilne jedinice, a dva atoma ugljenika i napuštaju ciklus u obliku ugljen-dioksida. Ipak, to nisu ista dva ugljenikova atoma.
  2. Ciklus napušta četiri para vodonikovih atoma u četiri reakcije oksidacije. Pri tome se redukuju dva molekula NAD+ (u toku oksidacijskih dekarboksilacija izocitrata i α-ketoglutarata) i po jedan molekul FAD+ (pri oksidaciji sukcinata) i NAD+ (pri oksidaciji malata).
  3. Stvara se jedna visoko energijska fosfatna veza u obliku GTP-a, a na račun tioestarske veze u sukcinil-KoA.
  4. Potroše se dva molekula vode: pri sintezi citrata i pri hidraciji fumarata.
  5. Stvaraju se molekuli NADH i FADH2. Molekulski kiseonik u ovom procesu ne učestvuje direktno, ali je ovaj proces ipak moguć samo u aerobnim uslovima jer se NAD+ i FAD mogu obnoviti u mitohondriji samo prenosom elektrona na molekulski kiseonik.

Tabela[uredi]

Korak Reakcija Enzim Kofaktor Reakcija ΔG°' (kcal/mol)
1 acetil-KoA + oksaloacetat + H2O →
citrat + KoA + H+
citrat-sintetaza KoA kondenzacija -31,4
2 citrat → cis-akonitat + H2O akonitaza Fe2+ dehidracija +8,4
3 cis-akonitat + H2O → izocitrat akonitaza Fe2+ hidracija -2,1
4 cis-akonitat + NAD+
α-ketoglutarat + CO2 + NADH
izocitrat-dehidrogenaza NAD+ dekarboksilacija
oksidacija
-8,4
5 α-ketoglutarat + NAD+ + KoA →
sukcinil-KoA + CO2 + NADH
kompleks
α-ketoglutarat-dehidrogenaze
NAD+
KoA
TPP
lipojeva kiselina
FAD
dekarboksilacija
oksidacija
-30,1
6 sukcinil-KoA + Pi + GDP →
sukcinat + GTP + KoA
sukcinil-KoA-sintetaza KoA fosforilacija -3,4
7 sukcinat + FAD → fumarat + FADH2 sukcinat-dehidrogenaza FAD oksidacija 0
8 fumarat + H2O → malat fumaraza nema hidracija -3,8
9 L-malat + NAD+
oksaloacetat + NADH + H+
malat-dehidrogenaza NAD+ oksidacija +29,7

Literatura[uredi]