Енергетичний баланс

У ЦТК утворюється 2 молекули СО₂ (у ізоцитратдегидрогеназной і -кетоглутаратдегидрогеназной реакціях) і 3 молекули NADH₂ і одна молекула FADH₂. Окислення NADH₂ в дихальному ланцюзі мітохондрій дає по 3 молекули АТФ на кожну молекулу NADH₂ і по 2 молекули АТФ на кожну молекулу FADH₂. Одна молекула АТФ утворюється за рахунок субстратного фосфорилювання на етапі перетворенні сукциніл-КоА на сукцинат. Таким чином, при повному окисленні 1 молекули ацетіл-КоА до СО₂ і Н₂О генерується 12 молекул АТФ. ЦТК регулюється через зміну активності аллостеричних ферментів цитратсинтетази; ізоцитратдегидрогенази; альфа–кетоглутаратдегидрогенази. Вони активуються АДФ, але інгибуются АТФ, NADH₂, сукциніл–КоА, довголанцюговим ацил–КоА.

Біологічна роль процесу

Цикл Кребса є основою метаболізму, тому що виконує функції, життєво необхідні для організму. На важливість цього процесу вказує той факт, що не існує спадкових захворювань, причиною яких є дефіцит ферментів ЦТК. Будь-які проблеми в роботі цього циклу не сумісні з життям.

Регуляція циклу лимонної кислоти

Активність циклу залежить від надходження окисних форм коферментів дегідрогеназ (насамперед НАД) та швидкості використання АТФ у клітині (тобто від співвідношення АТФ/АДФ). Робота циклу цілком залежить від енергетичного статусу клітини – при зростанні потреб клітини в енергії цикл активується, при зниженні використання енергетичних субстратів відбувається інгібування цього процесу.

У ЦТК є регуляторні ферменти, активність яких регулюється алостерично за допомогою активаторів та інгібіторів.

Регуляторні ферменти циклу:

1. цитратсинтаза - це основний регуляторний фермент всього циклу; інгібітори – АТФ, жирні кислоти, цитрат, сукциніл-КоА, НАДН^.Н; активність цього ферменту також залежить від концентрації субстратів – ацетил-КоА та оксалоацетату;

2. ізоцитратдегідрогеназа – відомо, що з трьох ізоферментів цього ферменту в мітохондріях зустрічається НАД-залежна ізоцитратдегідрогеназа, активність якої залежить від концентрації іонів Mn²⁺ або Mg²⁺; активатори – Са²⁺, АДФ та АМФ, інгібітори – АТФ, НАДН^.Н, сукциніл-КоА;

3. α-кетоглутаратдегідрогеназний комплекс – цей мультиферментний комплекс регулюється продуктами реакції: інгібітори - НАДН^.Н та сукциніл-КоА, активатор – Са²⁺.

Крім того, на швидкість процесу впливає активність сукцинатдегідрогенази та малатдегідрогенази:

• сукцинатдегідрогеназа інгібується оксалоацетатом,

• активність малатдегідрогенази залежить від співвідношення НАДН^.Н/ НАД.

У клітинах головного мозку ацетил-КоА переважно утворюється при катаболізмі глюкози, тому активність циклу Кребса також буде залежати від регуляції піруватдегідрогеназного комплексу (див. «Обмін вуглеводів»).

Інгібіторами є фториди, які блокують активність окремих ферментів розпаду вуглеводів та ліпідів. Вони знайшли застосування в наукових дослідженнях під час вивчення окремих етапів обміну речовин й енергії.

За механізмом дії речовини, які впливають на енергетичний обмін у клітинах, можна поділити на чотири групи.

Інгібітори дегідрогеназ імітують процес дегідрування окремих субстратів, зменшують надходження атомів водню (протонів та електронів) у дихальний ланцюг. До них відносять протитуберкульозні препарати — похідні ізонікотинової кислоти.

Клініко-діагностичне значення. Багато речовин, у тому числі і лікарські засоби, можуть змінювати енергетику клітин, інтенсивність окиснювального фосфорилування – утворення АТФ. Їх можна поділити на активатори та інгібітори енергетичного обміну. До активаторів належать кислоти циклу Кребса (цитратна, яблучна, бурштинова) та низка інших сполук (глюкоза, амінокислоти тощо), тому вони знайшли застосування у медичній практиці.

Цитратну кислоту у вигляді солі (цитрат натрію) використовують в якості засобу, що запобігає згортанню крові.