Цикл трикарбоновых кислот

В 1953 г. Кребсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие цикла лимонной кислоты» (1937г.). В поздравительной речи было сказано: «Цикл Кребса объясняет два одновременно происходящих процесса: реакции распада, при которых высвобождается энергия, и синтетические процессы, при которых эта энергия расходуется». Ученый, завершая речь «экскурсом в общую биологию», проанализировал более широкое значение этих открытий: «Наличие одного и того же механизма образования энергии у всех живых существ позволяет сделать еще два вывода, – сказал он. – Во-первых, этот механизм возник на очень ранних этапах эволюции, и, во-вторых, жизнь в ее настоящем виде зародилась лишь однажды».

Образующийся в ПВК-дегидрогеназной реакции ацетил-SКоА далее вступает в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса). Кроме пирувата, в цикл вовлекаются кетокислоты, поступающие из катаболизма аминокислот или каких-либо иных веществ.

Цикл протекает в матриксе митохондрий и представляет собой восемь последовательных реакций: связывание ацетила и оксалоацетата (щавелевоуксусной кислоты) с образованием лимонной кислоты, изомеризация лимонной кислоты и последующие реакции окисления с сопутствующим выделением СО₂. После восьми реакций цикла вновь образуется оксалоацета.

Основная роль ЦТК:

• генерации атомов водорода для работы дыхательной цепи, а именно трех молекул НАДН и одной молекулы ФАДН₂.

Кроме этого, в ЦТК образуется

• одна молекула АТФ,

• сукцинил-SКоА, участвующий в синтезе гема,

• кетокислоты, являющиеся аналогами аминокислот – α-кетоглутарат для глутаминовой кислоты, оксалоацетат для аспарагиновой.

Цикл лимонной кислоты — заключи­тельный этап катаболизма, локализованный в матриксе митохондрий. В нем 4-х углеродное соединение оксалоацетат конденсируется с 2-х углеродным ацетиль­ным компонентом, которое вносит в процесс молекула ацетил-КоА, с образовани­ем 6-ти углеродной трикарбоновой кислоты - цитрата. Далее изомер цитрата под­вергается окислительному декарбоксилированию. Образующееся при этом 5-ти углеродное соединение а-оксоглутарат (а-кетоглутарат) при окислительном декарбоксилировании превращается в 4-х углеродное соединение сукцинат. Даль­нейшие превращения сукцината приводят к регенерированию 4-х углеродного оксалоацетата.

Поэтому одна молекула оксалоацетата может многократно использоваться для окис­ления ацетильных остатков.

2 Атома углерода включаются в цикл в виде аце­тильного компонента и 2 атома углерода покидают цикл в виде 2 молекул со2.

Таким образом, двухуглеродный фрагмент молекулы ацетил-КоА подвергается полному окислению. Электроны, ранее принадлежащие молекуле ацетил~КоА, покидают цикл в связанной форме: в виде 3 молекул НАДН и

1 ФАДН₂. Затем они переносятся в процесс окислительного фосфорилирования, где энергия каждой пары электронов переносимых НАДН, преобразуется в энергию макроэргических связей до 3 молекул АТФ. А энергия пары электронов переносимых ФАДН₂, ведет к образованию до 2 молекул АТФ. Всего в процессе окисли­тельного фосфорилирования при окислении этих переносчиков электронов обра­зуется до 11 молекул АТФ.

1 макроэргическая связь генерируется в самом цикле в форме молекулы ГТФ или АТФ.

Итого, теоретически до 12 молекул АТФ может быть генеририровано при окислении 2-х углеродного фрагмента ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот сопряженном с процессом окислительного фосфорилирования.