Кребсов циклус

Из Википедије, слободне енциклопедије
Преглед Кребсовог циклуса

Кребсов циклус (циклус лимунске киселине, циклус трикарбоксилних киселина) је метаболички процес у аеробним условима при коме се добија енергија из глукозе.

Увод[уреди]

У гликолизи крајњи продукат је пирогрожђана киселина настала из глукозе. У аеробним условима, следећи корак у стварању ћелијске енергије је оксидативна декарбоксилација пирогрожђане киселине и настанак ацетил коензима А (скр. ацетил КоА). Ова активирана ацетил јединица је затим комплетно оксидована до угљен диоксида серијом реакција које чине Кребсов циклус. Овај циклус је такође и заједнички метаболички пут за стварање енергије оксидацијом амино киселина, угљених хидрата и масних киселина.

Оксидативна декарбоксилација пирогрожђане киселине и претварање исте у ацетил КоА се одвија у митохондријском матриксу и управо овај корак је карика која повезује гликолизу и Кребсов циклус. Једначина ове декарбоксилационе реакције је:

  • Пирогрођжана киселина + КоА + NAD+ → Ацетил КоА + CO2 + NADH

Ензим који катализује ову реакцију је заправо високо интегрисани комплекс три ензима пируват-дехидрогеназе.

Упрошћена схема[уреди]

Упрошћени приказ Кребсовог циклуса

Циклус почиње тако што се оксалоацетат (једињење од четири угљеникова атома) кондензује са ацетил јединицом (једињење од два угљеникова атома) и тиме стварају цитрат (једињење са шест угљеникових атома). Изомер цитрата се затим декарбоксилује и резултује у стварању α - кетоглутарата, који се затим опет оксидативном декарбоксилацијом претвара у сукцинат (једињење са четири угљеникова атома). Серијом реакција оксалоацетат се регенерише из сукцината.

Реакције Кребсовог циклуса[уреди]

Алдолна кондензација[уреди]

Цитрат

Циклус почиње једињењем оксалоацетата и КоА. Оксалоацетат реагује са ацетил КоА и водом и резултује са цитратом и КоА. Рекација је типа алдолне кондензације, праћена са хидролизом. Ензим који катализује ову реакцију је цитрат-синтаза. Хидролиза цитрил-КоА јако помера равнотежу укупне реакције у смеру настајања цитрата.

Изомеризација цитрата[уреди]

Цитрат мора бити трансформисан у изоцитрат, једињење са шест угљеникових атома, како би оксидативна декарбоксилација била могућа. Кораци изомериације цитрата се састоје од дехидрације, праћене хидрацијом. Овом изомерацијом се врши замена места водониковог атома и ОН групе. Ензим који катализује оба корака је аконитаза (аконитат-хидратаза), јер се претпоставља да је „међукорак“ изомеризације цис-аконитат.

Оксидација и декарбоксилација изоцитарата[уреди]

α - Кетоглутарат

Прва од укупно четири оксидативно-редукционе реакције је добијање кетоглутарата. Оксидативна декарбоксилација изоцитрата је катализована ензимом изоцитрат-дехидрогеназа:

Изоцитрат + NAD → α - Кетоглутарат + CO2 + NADH

Међукорак ове трансформације је оксалосукцинат, иначе нестабилна β - киселина, која приликом реаговања са ензимом, губи CO2 и формира кетоглутарат. Ова реакција Кребсовог циклуса је веома важна, јер брзина ове реакције и самим тим брзина стварања α - Кетоглутарата, одређује свеукупну брзину циклуса.

Стварање сукцинил КоА[уреди]

Сукцинил КоА

Конверзација изоцитрата у алфа-кетоглутарат је праћена другом оксидативно декарбоксилационом реакцијом, формација сукцинил КоА.

α - Кетоглутарат + NAD + КоА → Сукцинил КоА+ CO2 + NADH

Реакција је катализована комплексом ензима α - кетоглутарат дехидрогеназом.

Веза између сумпора и КоА у једињењу сукцинил КоА је богата енергијом. ΔG°' за хидролизу ове везе је -8 килокалорија по молу, што је приближно хидролизи ATP-а, чија износи ΔG°' ~ -7.3 килокалорија по молу. Хидролиза ове везе производи GTP (гуанин-трифосфат) фосфорилацијом GDP (гуанин-дифосфат).

Фосфорилација GDP-а:

Сукцинил-КоА + Pi + GDP → Сукцинат + GTP + КоА ; ΔG°'= -0.8 kcal/mol

Сукцинат[уреди]

Сукцинат

Сукцинат бива оксидован ензимом сукцинат-дехидрогеназа до фумарата. FAD (флавин аденин динуклеотид) преузима водоников атом, уместо NAD+, који се користи у остале три редокс реакције Кребсовог циклуса. Разлог употребе FAD уместо NAD+ је тај да је промена слободне енергије недовољна како би се NAD редуковао у NADH.

Хидрацијом фумарата добија се малат. Фумараза, катализатор ове реакције, катализује стереоспецифичну транс-адицију водониковог атома и ОН-групе. ОН-група се додаје само једној страни двогубе везе, те се овом реакцијом добија Л изомер малата (Л-малат).

Регенерација оксалоацетата[уреди]

Последњи корак циклуса је оксидација малата како би се регенерисао оксалоацетат. Катализатор ове реакције је малат-дехидрогеназа, у којој NAD+ прихвата водоников атом.

Стехиометрија Кребсовог циклуса[уреди]

Збирна једначина Кребсовог циклуса је:

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

Циклус[уреди]

Кребсов Циклус
  1. Два атома угљеника улазе у циклус кондензацијом ацетилне јединице, а два атома угљеника и напуштају циклус у облику угљен-диоксида. Ипак, то нису иста два угљеникова атома.
  2. Циклус напушта четири пара водоникових атома у четири реакције оксидације. При томе се редукују два молекула NAD+ (у току оксидацијских декарбоксилација изоцитрата и α-кетоглутарата) и по један молекул FAD+ (при оксидацији сукцината) и NAD+ (при оксидацији малата).
  3. Ствара се једна високо енергијска фосфатна веза у облику GTP-а, а на рачун тиоестарске везе у сукцинил-КоА.
  4. Потроше се два молекула воде: при синтези цитрата и при хидрацији фумарата.
  5. Стварају се молекули NADH и FADH2. Молекулски кисеоник у овом процесу не учествује директно, али је овај процес ипак могућ само у аеробним условима јер се NAD+ и FAD могу обновити у митохондрији само преносом електрона на молекулски кисеоник.

Табела[уреди]

Корак Реакција Ензим Кофактор Реакција ΔG°' (kcal/mol)
1 ацетил-КоА + оксалоацетат + H2O →
цитрат + КоА + H+
цитрат-синтетаза КоА кондензација -31,4
2 цитрат → цис-аконитат + H2O аконитаза Fe2+ дехидрација +8,4
3 цис-аконитат + H2O → изоцитрат аконитаза Fe2+ хидрација -2,1
4 цис-аконитат + NAD+
α-кетоглутарат + CO2 + NADH
изоцитрат-дехидрогеназа NAD+ декарбоксилација
оксидација
-8,4
5 α-кетоглутарат + NAD+ + КоА →
сукцинил-КоА + CO2 + NADH
комплекс
α-кетоглутарат-дехидрогеназе
NAD+
КоА
TPP
липојева киселина
FAD
декарбоксилација
оксидација
-30,1
6 сукцинил-КоА + Pi + GDP →
сукцинат + GTP + КоА
сукцинил-КоА-синтетаза КоА фосфорилација -3,4
7 сукцинат + FAD → фумарат + FADH2 сукцинат-дехидрогеназа FAD оксидација 0
8 фумарат + H2O → малат фумараза нема хидрација -3,8
9 Л-малат + NAD+
оксалоацетат + NADH + H+
малат-дехидрогеназа NAD+ оксидација +29,7

Литература[уреди]