Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса)

Цикл лимонной кислоты, также называемый циклом Кребса или циклом трикарбоновых кислот, является центральным митохондриальным узлом окислительного метаболизма. Он принимает двухуглеродную ацетильную группу ацетил-КоА, полностью окисляет ее до углекислого газа и при этом восстанавливает коферменты НАД+ и ФАД, которые передают электроны в дыхательную цепь.

Definition

Цикл лимонной кислоты — это циклический, восьмиреакционный митохондриальный путь, в котором ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом и окисляется до двух молекул CO2, регенерируя оксалоацетат и продуцируя восстановленные коферменты (НАДН и ФАДН2) и один высокоэнергетический фосфат за оборот.

Scope

Статья охватывает восьмиступенчатую циклическую последовательность от синтеза цитрата до регенерации оксалоацетата, ее продукты (восстановленные коферменты, ГТФ/АТФ и CO2), ее двойную роль как в производстве энергии, так и в биосинтезе, а также ее регуляцию. Она рассматривает цикл как метаболическую тему в биохимии, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Как ацетильная группа ацетил-КоА окисляется до углекислого газа?
• Каковы энергоемкие продукты одного оборота цикла?
• Как цикл связан с цепью переноса электронов?
• Как цикл выполняет как катаболические, так и биосинтетические функции?

Key concepts

• Ацетил-КоА как входящая молекула
• Конденсация с оксалоацетатом с образованием цитрата
• Два этапа декарбоксилирования с высвобождением CO2
• Образование НАДН, ФАДН2 и ГТФ/АТФ за оборот
• Регенерация оксалоацетата (циклический характер)
• Амфиболическая функция в катаболизме и биосинтезе
• Анаплеротические реакции, пополняющие промежуточные продукты

Mechanisms

Каждый оборот начинается с конденсации двухуглеродной ацетильной группы ацетил-КоА с четырехуглеродным оксалоацетатом с образованием цитрата. Затем серия реакций изомеризации, окисления и декарбоксилирования высвобождает две молекулы CO2, восстанавливает три НАД+ до НАДН и один ФАД до ФАДН2, а также продуцирует одну молекулу ГТФ или АТФ путем субстратного фосфорилирования, одновременно регенерируя оксалоацетат, чтобы цикл мог продолжаться. Восстановленные коферменты переносят свои электроны в цепь переноса электронов, где в конечном итоге синтезируется большая часть АТФ. Помимо окисления, несколько промежуточных продуктов цикла отводятся для биосинтеза; анаплеротические реакции пополняют эти промежуточные продукты, чтобы цикл продолжал функционировать, придавая ему амфиболический характер.

Clinical relevance

Поскольку цикл находится на перекрестке метаболизма углеводов, жиров и аминокислот, нарушения в его ферментах или в поступлении его промежуточных продуктов могут иметь широкие метаболические последствия, а мутации в некоторых ферментах цикла связаны с заболеваниями. Эта статья объясняет биохимию и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Ганс Кребс, основываясь на более ранних наблюдениях об окислении органических кислот в тканях и на работе Альберта Сент-Дьёрдьи по дыхательным катализаторам, сформулировал циклический путь в 1937 году, продемонстрировав, что окисление ацетильных единиц происходит через самовосстанавливающуюся последовательность трикарбоновых и дикарбоновых кислот. Открытие кофермента А Фрицем Липманом позже прояснило, как ацетильные группы входят в цикл, и этот путь стал краеугольным камнем метаболической биохимии.

Key figures

• Hans Krebs
• Albert Szent-Györgyi
• Fritz Lipmann

Seminal works

• krebs-1937

Frequently asked questions

Почему цикл лимонной кислоты называется циклом?

Потому что его конечная реакция регенерирует оксалоацетат, молекулу, которая начинает последовательность; путь возвращается к своей отправной точке с каждым оборотом, поэтому небольшой пул промежуточных продуктов может перерабатывать множество ацетильных групп.

Непосредственно ли цикл лимонной кислоты производит большую часть АТФ клетки?

Нет. Каждый оборот производит только одну молекулу ГТФ или АТФ напрямую; основной энергетический вклад цикла — это восстановленные коферменты НАДН и ФАДН2, которые обеспечивают основную часть производства АТФ в цепи переноса электронов.