Значение цикла Кребса.

Роль цикла Кребса заключается в первую очередь в том, что являясь терминальным путем катаболизма белков, жиров и углеводов, он способствует их полному разложению до конечных продуктов - СО₂ и воды. Это так называемая катаболическая роль цикла Кребса. Поскольку реакции распада, как правило, сопровождаются выделением энергии, ясна энергетическая роль цикла Кребса.

1. Энергетическое значение цикла Кребса. В ходе цикла образуются 3 молекулы НАДН, одна ФАДН₂, которые могут в ходе передачи электронов в дыхательной цепочке дать энергию, достаточную для синтеза 4 молекул АТФ: 3*3 НАДН + 1*2ФАДН₂. Кроме того в ходе цикла образуется молекула ГТФ, при гидролизе которой выделяется столько же энергии, как и при гидролизе АТФ. То есть всего в ходе цикла мы можем получить 12 молекул АТФ.

2. Цикл Кребса играет важную роль и для анаболических процессов. Интермедиаты цикла могут выходить из цикла на разных стадиях для использования в качестве предшественников в биосинтезе различных соединений. Интермедиаты цикла участвуют в анаболизме белков, а именнол в синтезе аминокислот. Важными предшественниками в синтезе аминокислот являются ЩУК, -кетоглутаровая кислота и пировиноградная кислота. Поскольку митохондриальная мембрана непроницаема для ЩУК и -кетоглутаровой кислоты, а синтез аминокислот идет в цитозоле, они выделяются в цитозоль в форме предшественников – малата и изоцитрата соответственно, а в цитоплазме под действием дегидрогеназ вновь превращаются в ЩУК и -кетоглутарат. Затем под действием трансаминаз превращаются соответственно в аспартат (из которой могут синтезироваться лизин, треонин, метионин, аспарагин, изолейцин) и глютамат (а из него синтезируется пролин, аргинин, глютамин). ЩУК может выйти из митохондрий и виде фосфоенолпирувата, из которого в свою очередь могут синтезироваться фенилаланин, триптофан, тирозин. ПВК относительно свободно диффундирует через мембрану митохондрий и может служить источником для синтеза аланина, глицина, серина, цистеина, лизина, валина, изолейцина. Ацетил –КоА также является источников для синтеза лейцина и лизина.

Интермедиаты цикла Кребса участвуют и в анаболизме липидов. Главным образом это касается Ацетил-КоА, который используется для синтеза жирных кислот, каротиноидов и стероидов. Главная проблема в том, что ацетил-КлА образыется, в основном в митохондриях, а утилизируется (то есть используется для синтетических процессов в ходе обмена липидов) в цитоплазме. Хотя небольшое колическтво ацетил-КоА и способно диффундировать через митохондриальную мембрану, основной путь следующий – из митохондрий через мембрану в цитоплазму поступает цитрат, где ферментантивно расщепляется на ацетил-КоА и ЩУК. ЩУК при этом возвращается (в виде малата) в митохондрию и замыкает цикл, делая процесс непрерывным.

Интермедиаты цикла Кребса участвуют и в биосинтезе углеводов. При этом ЩУК превращается в фосфоенолпируват, который далее выходит из митохондрий и служит предшественником в синтезе углеводов.

Интермедиаты цикла Кребса служат и предшественниками в биосинтезе нуклеотидов и гема. Так в биосинтезе пиримидина используется аспартат (который может образовываться из ЩУК), а сукцинил-КоА используется для синтеза гема.

Однако, выведение интермедиатов из цикла должно сочетаться с продолжением катаболической активности цикла для постоянного образования АТФ, который необходим также и для процессов анаболизма. То есть, по сути, анаболическая функция цикла Кребся не должна препятствовать выполнению циклом катаболической функции.

Удаление интермедиатов для выполнения анаболических функций значительно снижает синтез ЩУК (а он является конечным продуктом цикла). Поскольку ЩУК запускает цикл Кребса (соединяясь с ацетил-КоА), то любое уменьшение синтеза ЩУК уменьшает активность всего цикла и любого связанного с циклом процесса. Поскольку цикл Кребса является центром всех метаболических процессов, вся метаболическая активность клетки будет снижена.

Для предотвращения этой возможности существует своеобразный набор своего рода предохранительных клапанов - так называемые анаплеробические реакции (от греч. слова, означающего «наполнять»). Основная задача этих реакций – служить источником интермедиатов, участвующих в метаболических процессах, в том числе и расходуемых в ходе цикла Кребса. Так, упомянутый нами дефицит ЩУК компенсируется в ходе пируваткарбоксилазной реакции: