Кребсов циклус

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

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 CоА). 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 њено претварање у ацетил CоА се одвија у митохондријaмa. Ова реакција 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.

Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+) je koenzim prisutan u svim živim ćelijama. Jedinjenje je dinukleotid, jer se sastoji od dva nukleotida spojena putem fosfatnih grupa. U metabolizmu, NAD+ učestvuje u redoks reakcijama, prenoseći elektrone se jedne reakcije do druge. Koenzim je, stoga nađen u dva oblika u ćelijama: NAD+ kao oksidujući agens – on prima elektrone sa drugih molekula i postaje redukovan. Ta reakcija formira NADH, koji se zatim može koristiti kao redukujući agens (doniranje elektrona). Reakcije elektronskog transfera su glavna NAD+ funkcija.

1. 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). Рекација је типа алдолне кондензације, праћена са хидролизом. Ензим који катализује ову реакцију је цитрат-синтаза.

2. i 3. 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.

4. 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.

5. Стварање 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.

Фосфорилација GDP-а:

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

С

7. 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.

8. 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).

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

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+

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.

КоракРеакција Ензим Кофактор Реакција

1ацетил-КоА + оксалоацетат + H2O →цитрат + КоА + H+

цитрат-синтетаза КоА кондензација

2 цитрат → цис-аконитат + H2O аконитаза Fe2+ дехидрација

3цис-аконитат + H2O → изоцитрат

аконитаза Fe2+ хидрација

4цис-аконитат + NAD+ →α-кетоглутарат + CO2 + NADH

изоцитрат-дехидрогеназа

NAD+ декарбоксилацијаоксидација

5α-кетоглутарат + NAD+ + КоА →сукцинил-КоА + CO2 + NADH

комплексα-кетоглутарат-дехидрогеназе

NAD+

КоАTPPлипојева киселинаFAD

декарбоксилацијаоксидација

6сукцинил-КоА + Pi + GDP →сукцинат + GTP + КоА

сукцинил-КоА-синтетаза

КоА фосфорилација

7сукцинат + FAD → фумарат + FADH2

сукцинат-дехидрогеназа

FAD оксидација

8 фумарат + H2O → малат фумараза нема хидрација

9Л-малат + NAD+ →оксалоацетат + NADH + H+ малат-дехидрогеназа NAD+ оксидација