Cykl Krebsa. Jak przebiega, jakie jest znaczenie tego cyklu?

Cykl Krebsa (inaczej: cykl kwasu cytrynowego lub cykl kwasów trikarboksylowych) jest szlakiem metabolicznym, w którym dwuwęglowe grupy acetylowe, pochodzące z acetylo-CA (CoASAc) stopniowo utleniane są przy jednoczesnej redukcji przenośników elektronów: FAD i NADᶧ.

Gdzie zachodzi Cykl Krebsa? Cykl ten przebiega w macierzy mitochondrialnej eukariontów i w cytoplazmie prokariontów.

Cykl kwasów trikarboksylowych powiązany jest z wieloma szlakami metabolicznymi. Związki, które biorą udział w cyklu, mogą być tak metabolitami końcowymi szlaków katabolicznych, jak i związkami rozpoczynającymi szlaki anaboliczne.

Reakcje cyklu umożliwiają przeprowadzenie oksydacji acetylo-CoA, który pochodzi z rozkładu węglowodanów i kwasów tłuszczowych. Po dezaminacji do cyklu mogą włączane być również szkielety węglowe wielu aminokwasów.

Produkty przemiany materii cyklu są również początkowymi substratami w glukoneogenezie, syntezie kwasów tłuszczowych, a także w wyniku reakcji transaminacji przekształcone są w aminokwasy białkowe.

Z uwagi na podwójną rolę, a więc udział w procesach syntezy związków organicznych w reakcjach ich oksydacji, Cykl Krebsa jest zaliczany do szlaków amfibolicznych.

Szczawiooctan, który uczestniczy w cyklu to związek wyjściowy do syntezy aminokwasów, puryn, pirymidyn, a także innych związków. Bursztynylo-CoA to z kolei substrat w procesie hemu, chlorofilu i porfiryny. α-Ketoglutaran pozwala na wytworzenie aminokwasów, w pierwszej kolejności glutaminiany, pośrednio również puryn.

Z cytrynianu wytwarzane są sterole i kwasy tłuszczowe. Gdy związki pośrednie cyklu zużyte zostaną do biosyntezy, konieczne jest ich uzupełnienie, aby podtrzymać reakcję cyklu. Utrzymanie odpowiedniego poziomu szczwiooctanu jest możliwe dzięki karboksylazie pirogronianowej. Enzym ten umożliwia syntezę szczawiooctanu z pirogronianu i dwutlenku węgla.

Aby reakcja została przeprowadzona, konieczne jest także ATP oraz woda. Z uwagi na cykliczność reakcji, uzupełnienie szlaku zapewnia dostarczenie dowolnego związku uczestniczącego w nim. Reakcje umożliwiające uzupełnienie składników szlaku metabolicznego nazywamy reakcjami anaplerotycznymi.

Poniżej opisujemy Cykl Krebsa w punktach:

• przeniesienie grupy acetylowej z acetylo-CoA na czterowęglową cząsteczkę szczawiooctanu z wytworzeniem sześciowęglowej cząsteczki cytrynianu;
• izomeracja cytrynianu do izocytrynianu;
• utlenianie izocytrynianu sprzężone z redukcją NADᶧ do NADH + Hᶧ i odłączenie cząsteczki dwutlenku węgla, powstanie pięciowęglowej cząsteczki alfa-ketoglutaranu;
• kolejna cząsteczka dwutlenku węgla odłącza się i przyłącza się koeznym A, powstaje czterowęglowa cząsteczko bursztynylo-CoA, reakcja jest sprzężona z redukcją NADᶧ do NADH + Hᶧ;
• przekształcanie bursztynolo-CoA do bursztynianu razem z fosforylacją substratową. W wyniku fosforylacji powstaje GTP (wysokoenergetyczny związek, wykorzystywany do syntezy ATP);
• od cząsteczki bursztynianu odłączają się dwa atomy wodoru, powstaje cząsteczka fumaranu i FADH2;
• uwodnienie fumaranu do jabłczanu;
• utlenienie jabłczanu do szczawiooctanu sprzężone z redukcją NADᶧ do NADHᶧ + Hᶧ.

Główne substraty:

• szczawiooctan;
• acetylo-CoA;
• NADᶧ, FAD;
• ADP, P;
• woda.

Główne produkty:

• cytrynian;
• NADH + Hᶧ, FADH2;
• ATP;
• dwutlenek węgla.