Trikarbonskābju cikls
Trikarbonskābju cikls, ko bieži sauc arī par citronskābes ciklu vai atklājēja vārdā par Krebsa ciklu, ir šūnu elpošanas galvenā sastāvdaļa. Tas ir bioķīmisks aerobs (gaisa skābekļa klātienē norisošs) process, kura laikā tiek iegūta dzīvajiem organismiem nepieciešamā enerģija. Enerģija rodas no vienkāršiem 3 līdz 6 oglekļa atomus saturošiem savienojumiem - tauku, olbaltumvielu un ogļhidrātu vielmaiņas produktiem, kuri sarežģītā daudzstadiju procesā pakāpeniski oksidējas līdz CO2, atbrīvojot ūdeņradi, kurš tālāk oksidējas līdz ūdenim, piedaloties adenozīntrifosforskābes - universālā enerģijas uzkrājēja un pārnesēja - sintēzē.
Ciklam organismā ir ne tikai enerģētiska loma - tas ir arī dažādu svarīgu mazmolekulāru savienojumu avots, no kuriem tiek sintezētas organismam nepieciešamas vielas.
Vēsture
labot šo sadaļuCitronskābes pārvērtības dzīvajās šūnās atklāja un izpētīja vācu bioķīmiķis Hanss Ādolfs Krebss. Par šiem pētījumiem viņam kopā ar Frici Albertu Lipmanu 1953. gadā tika piešķirta Nobela prēmija.
Trikarbonskābju cikls dzīvajās šūnās
labot šo sadaļuEikariotiem visas Krebsa cikla reakcijas norisinās mitohondriju iekšienē, turklāt visi ciklā ietilpstošie katalītiskie fermenti atrodas brīvā veidā mitohondrija matriksā. Izņēmums ir sukcinātdehidrogenāze, kas lokalizēta uz mitohondriju membrānas iekšējās virsmas (ir iebūvēta membrānas lipīdu dubultslānī). Prokariotiem visas cikla reakcijas norisinās citoplazmā.
Trikarbonskābju cikla vienkāršots apraksts
labot šo sadaļu- Cikls sākas, acetilkofermenta A (acetil-CoA) molekulai savienojoties ar oksālacetāta molekulu (tajā ir 4 oglekļa atomi). Šajā reakcijā acetilkofermenta A acetilgrupa ar 2 oglekļa atomiem pievienojas oksālacetātam, veidojot citrātu (6 oglekļa atomi) un kofermentu A (CoA).
- Citrāts vairākās secīgās ķīmiskās pārvērtībās (oksidēšanās procesos) zaudē vispirms vienu, bet pēc tam arī otru karboksilgrupu, rodoties divām CO2 molekulām.
- Lielākā daļa oksidēšanās laikā radušās enerģijas tiek izmantota nikotīnamīda adenīndinukleotīda (NAD+) reducēšanai (ūdeņraža pievienošanai), veidojoties ar enerģiju bagātai molekulai − nikotīnamīda adenīndinukleotīda reducētajai formai (NADH). No katras trikarbonskābju ciklā iesaistītās acetilgrupas veidojas trīs NADH molekulas.
- Elektronus pievieno arī flavīna adenīndinukleotīds (FAD), kas darbojas kā elektronu akceptors, veidojot FAD H2.
- Cikla beigās rodas oksālacetāts, kas no jauna iesaistās reakcijā ar acetil-CoA un cikls sākas no jauna.
Kopējais Krebsa cikla vienādojums:
- Acetil-CoA → 2CO2 + CoA + 8e−
| Substrāts | Ferments | Reakcijas tips | Reaģenti un kofermenti | Produkti un kofermenti |
|---|---|---|---|---|
| I. Oksālacetāts | Citrātsintetāze | Kondensācija | Acetil-CoA + H2O | Citrāts + CoA-SH |
| IIa. Citrāts | Akonitāze | Dehidratācija | cis-Akonitāts + H2O | |
| IIb. cis-Akonitāts | Akonitāze | Hidratācija | H2O | Izocitrāts |
| IIIa. Izocitrāts | Izocitrātdehidrogenāze | Oksidēšanās | NAD+ | Oksālsukcināts + NAD H + H+ |
| IIIb. Oksālsukcināts | Izocitrātdehidrogenāze | Dekarboksilēšanās | H+ | α-ketoglutarāts + CO2 |
| IV. α-Ketoglutarāts | alfa-ketoglutarātdehidrogenāze | Oksidējošā dekarboksilēšanās | NAD+ + HS-CoA | Sukcinil-CoA + NAD H + CO2 |
| V. Sukcinil-CoA | Sukcinil-CoA-sintetāze | Substrāta fosforilēšanās (fosfāta pārnešana) | GDP + Neorganiskais fosfāts Pi | Sukcināts + GTP + HS-CоА |
| VI. Sukcināts | Sukcinātdehidrogenāze | Oksidēšanās | FAD | Fumarāts + FAD H2 |
| VII. Fumarāts | Fumarāze | Hidratācija | H2O | L-Malāts |
| VIII. L-Malāts | Malātdehidrogenāze | Oksidēšanās | NAD+ | NADH |