Цикл Кребса – центральный путь обмена веществ

Этот метаболический путь назван именем открывшего его автора – Г.Кребса, получившего (совместно с Ф. Липманом) за данное открытие в 1953 г. Нобелевскую премию. В цикле лимонной кислоты улавливается большая часть свободной энергии, образующейся при распаде белков, жиров и углеводов пищи. Цикл Кребса – центральный путь обмена веществ.

Образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата ацетил-КоА в матриксе митохондрий включается в цепь последовательных реакций окисления. Таких реакций восемь.

1-я реакция – образование лимонной кислоты. Образование цитрата происходит путем конденсации ацетильного остатка ацетил-КоА с оксалацетатом (ОА) при помощи фермента цитратсинтазы (с участием воды):

Данная реакция практически необратима, поскольку при этом распадается богатая энергией тиоэфирная связь ацетил~S-КоА.

2-я реакция – образование изолимонной кислоты. Эта реакция катализируется железосодержащим (Fe – негеминовое) ферментом – аконитазой. Реакция протекает через стадию образования цис-аконитовой кислоты (лимонная кислота подвергается дегидратации с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, превращается в изолимонную).

3-я реакция – дегидрирование и прямое декарбоксилирование изолимонной кислоты. Реакция катализируется НАД⁺–зависимым ферментом изоцитратдегидрогеназой. Фермент нуждается в присутствии ионов марганца (или магния). Являясь по своей природе аллостерическим белком, изоцитратдегидрогеназа нуждается в специфическом активаторе – АДФ.

4-я реакция – окислительное декарбоксилирование α-кетоглутаровой кислоты. Процесс катализируется α-кетоглутаратдегидрогеназой – ферментным комплексом, по структуре и механизму действия похожим на пируватдегидрогеназный комплекс. В его состав входят те же коферменты: ТПФ, ЛК и ФАД – собственные коферменты комплекса; КоА-SH и НАД⁺ – внешние коферменты.

5-я реакция – субстратное фосфорилирование. Суть реакции заключается в переносе богатой энергией связи сукцинил-КоА (макроэргическое соединение) на ГДФ с участием фосфорной кислоты – при этом образуется ГТФ, молекула которого вступает в реакцию перефосфорилирования с АДФ – образуется АТФ.

6-я реакция – дегидрирование янтарной кислоты сукцинатдегидрогеназой. Фермент осуществляет прямой перенос водорода с субстрата (сукцината) на убихинон внутренней мембраны митохондрий. Сукцинатдегидрогеназа - II комплекс дыхательной цепи митохондрий. Коферментом в этой реакции является ФАД.

7-я реакция – образование яблочной кислоты ферментом фумаразой. Фумараза (фумаратгидратаза) гидратирует фумаровую кислоту – при этом образуется яблочная кислота, причем ее L-форма, так как фермент обладает стереоспецифичностью.

8-я реакция – образование оксалацетата. Реакция катализируется малатдегидрогеназой, коферментом которой служит НАД⁺. Образовавшийся под действием фермента оксалацетат вновь включается в цикл Кребса и весь циклический процесс повторяется.

Последние три реакции обратимы, но поскольку НАДН∙Н⁺ захватывается дыхательной цепью, равновесие реакции сдвигается вправо, т.е. в сторону образования оксалацетата. Как видно, за один оборот цикла происходит полное окисление, “сгорание”, молекулы ацетил-КоА. В ходе цикла образуются восстановленные формы никотинамидных и флавиновых коферментов, которые окисляются в дыхательной цепи митохондрий. Таким образом, цикл Кребса находится в тесной взаимосвязи с процессом клеточного дыхания.