Цикл Кребса

Введення

Першим етапом катаболізму глюкози являється гліколіз, в результаті якого ми отримуємо піруват.Якщо кисню в клітині немає, то піруват перетвориться в молочну кислоту за допомогою фермента лактат дегідрогеназа(ЛДГ) - це називають анаеробним гліколізом.В іншому випадку, в аеробних умовах, піруват піде в мітохондрію, де перетвориться в ацетил-КоА, який потім з'єднається з оксалоацетатом та утворить цитрат, який потім пройде через купу реакцій і ми знову отримаємо оксалоацетат.Ось чому це називається циклом.В результаті цього циклу сформуються 3 молекул НАДН та 1 ФАДН, які потім підуть в реакцію окислювального фосфорилюванння, та згенерують АТФ.

За допомогою спеціального каналу піруват(продукт гліколізу) потрапляє в матрикс мітохондрії, де знаходиться піруват дегідрогеназний комплекс(ПДК), який складається з трьох субодиниць - E1, E2, E3.Цей комплекс забезпечує декарбоксилювання пірувату, його окиснення, в результаті чого формується NADH та приєднує кофермент А.
Кофакторами для цього комплексу являються тіамін пірофосфат(похідне вітаміну B1), ФАД та НАД+, ліпоєва кислота та власне кофермент А(КоА).
В результаті формується ацетил-КоА.

До речі, ацетил-КоА може утворюватись не лише з пірувату, а й з жирних кислот та амінокислот.

На даній схемі ми можемо побачити, як змінюється подальша участь пірувату в метаболізмі в залежності від умов.
Якщо клітина знаходиться в стані гіпоксії(відсутність кисню), то піруват перетворений в лактат, при цьому НАДН окислиться до НАД⁺, а останній буде використаний для протікання реакцій гліколізу(згадуємо, що одним коферментом для гліцеральдегід-3-фосфат дегідрогенази є НАД+).
Якщо клітина знаходиться в умовах присутності кисню, то в такому випадку піруват прямує в матрикс мітохондрії, де знаходиться піруват дегідрогеназний комплекс, який забезпечує перетворення пірувату в ацетил-КоА.Загалом, цей комплекс складається з трьох субодиниць:E₁, E₂ та E₃.Відповідно, цей фермент має три каталітичні активності: декарбоксилювання(вивільнення CO₂), дегідрогенізація(відновлення НАД⁺ до НАДН) та приєднання коферменту А(КоА).
Особливо зверніть увагу на коферменти! і запам'ятайте, що арсенат являється антагоністом/інгібітором ліпоєвої кислоти(один із коферментів), тому при отруєнні цією речовиною робота піруват дегідрогеназного комплексу порушується.

Реакції циклу Кребса

Перша реакція.
Далі ацетил-КоА об'єднується з оксалоацетатом під дією фермента цитрат синтаза, яка утворює з цього всього цитрат, а кофермент А просто відщеплюється від всього цього.

Друга реакція.
Цитрат під дією аконітази перетворюється в аконітат, який знову під дією тієї ж самої аконітази перетворюється в ізоцитрат.

Третя реакція.
Ізоцитрат втрачає один карбон(реакція декарбоксилювання) та окиснюється під дією фермента ізоцитрат дегідрогеназа, в результаті чого утворюється альфа-кетоглутарат з НАДН та CO₂ як побічний продукт реакції.

Четверта реакція.
Альфа-кетоглутарат під дією альфа-кетоглутарат дегідрогенази знову втрачає один карбон(декарбоксилювання) та окиснюється, а ще приєднує кофермент А.В результаті ми маємо сукциніл-КоА з НАДН та CO₂ як побічний продукт реакції.

На даній схемі зображені реакції циклу трикарбонових кислот(ЦТК) та енергетика цього процесу.
Особливо зверніть увагу на реакції, в яких генерується/відновлюється АТФ та НАДН.

П'ята реакція.
Сукциніл-КоА під дією сукциніл-КоА синтази перетворюється в сукцинат(янтарна кислота).Як ми бачимо, тут не має КоА, відповідно, цей фермент його просто від'єднує.Але, на цьому етапі до молекули ГДФ додається ще один фосфат, в результаті ми маємо ГТФ, який в свою чергу, пожертвує цей новоприбулий фосфат на користь АДФ -> утворюється АТФ.

Шоста реакція.
На внутрішній мембрані мітохондрії "сидить" сукцинат дегідрогеназа(або ще називають комплекс ІІ), яка забере два гідрогена(окиснить) у сукцината, в результаті ми маємо фумарат.А ці два гідрогени відновлять ФАД до ФАДН₂.

Сьома реакція.
Фермент фумараза додає воду(гідратація) до фумарата, в результаті чого утвориться малат.

Восьма реакція.
Малат під дією малат дегідрогенази окиснюється, в результаті чого ми маємо оксалоацетат, а один гідроген піде на користь НАД⁺, який відновиться до НАДН⁺.

Регуляція циклу Кребса

Піруват дегідрогеназний комплекс пригнічується своїм же продуктом діяльності - ацетил-КоА та високою концентрацією АТФ та НАДН в клітині.Стимулюється його діяльність при низькому енергетичному рівні клітини(низька концентрація АТФ, висока АДФ та АМФ).Ну і звісно, інсулін через свій рецептор стимулює протеїнкіназу B(Б), яка активує фосфатазу піруват дегідрогеназного комплексу, цей фермент в свою чергу заважає кіназі піруват дегідрогеназного комплексу(активується протеїнкіназою А при дії глюкагону/адреналіну).Фосфорилювання цього комплексу проявляє на нього пригнічуючий ефект, а дефосфорилювання - активує.

Цитрат синтаза пригнічується своїм же продуктом діяльності - цитратом, а також АТФ та НАДН.Стимулюється її діяльність при низькій концентрації АТФ.

Ізоцитрат дегідрогеназа пригнічується при високій концентрації АТФ, стимулюється АДФ та кальцієм(грає велику роль в м'язах).

Альфа-кетоглутарат дегідрогеназа інгібується своїм продуктом діяльності - сукцинілом КоА а також НАДН, стимулюється іонами кальцію.