Цикл Кребса, Википедия и другие источники о процессе образования энергии

Цикл Кребса, который также в разных источниках может называться циклом трикарбоновых кислот, цитратным, или циклом лимонной кислоты, является комплексом химических реакций, при помощи которых подавляющее большинство эукариот получают энергию из пищи.

Существует и несколько так называемых шунтов, благодаря которым течение цикла может несколько изменяться, изменяется при этом и количество вырабатываемой энергии, а также образующиеся при этом вещества (к примеру, работающий преимущественно в нервной ткани ГАМК-шунт).

Нормальное течение реакций цикла крайне важно для функционирования организма. Мутации, приводящие к нарушениям работы ферментов цикла у людей достаточно редкое явление, однако если подобное все же случается, последствия будут выражаться в тяжелых заболеваниях ряда органов и систем.

Учитывая значение цикла трикарбоновых кислот, его изучению придают много внимания не только в высших учебных заведениях химического профиля, но и в медицинских вузах.

Содержание:

1. Последовательность реакций в цитратном цикле и ферменты, участвующие в биохимических процессах
2. Возможное клиническое значение
3. Роль цикла лимонной кислоты

Реакции цикла, а также участвующие в них ферменты

В цикле трикарбоновых кислот последовательно происходят следующие реакции:

1. В первой реакции цикла образуется лимонная кислота. Это соединение получается при конденсации ацетил-коэнзим А и щавелевоускусной кислоты. В реакции участвует фермент цитратсинтаза, а сам процесс не требует затрат АТФ.
2. Фермент аконитаза через цис-аконитиновую кислоту превращает цитрат в изолимонную кислоту.
3. Изоцитратдегидрогеназа при помощи кофермента НАД и параллельно идущего процесса декарбоксилирования образуют из изолимонной кислоты альфа-кетолгутаровую.
4. На следующем этапе образуется сукцинил-КоА – из альфа-кетоглутарата под воздействием альфа-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса.
5. Далее следует единственная реакция, при которой происходит непосредственное выделение энергии – гидролиз сукинил-КоА при помощи сукцинаттиокиназы до янтарной кислоты.
6. Под воздействием сукцинатдегидрогеназы янтарная кислота дегидрируется до фумаровой.
7. Фумаровая кислота под воздействием фумаразы гидратируется в яблочную.

Цикл – это замкнутый процесс, а значит в последней его реакции яблочная кислота при воздействии малатдегидрогеназы превращается в щавелевоуксусную.

Также существуют так называемые шунты, которые позволяют использовать другие вещества и получать на выходе другое количество АТФ. Одним из таких путей является ГАМК-шунт, который позволяет в ходе реакции получить возможность синтеза одного из нейромедиаторов – гамма-аминомасляной кислоты.

Клиническое значение нарушений цитратного цикла

Заболевания, связанные с нарушениями функционирования ферментов, принимающих участие в цикле трикарбоновых кислот встречаются сравнительно редко. В первую очередь это, вероятно, связано с тем, что из-за столь грубых нарушений в обменных процессах, зародыши с подобного рода мутациями гибнут на ранних стадиях развития.

В лабораторных условиях учеными были получены культуры тканей, с той или иной мутацией. Выяснилось, что дефекты в гене, кодирующем фумаразу могут приводить к развитию новообразований почек, а также гладкой мускулатуры (дефект этого фермента также может вызывать и нарушения в работе нервной системы).

В случае же, если мутация происходит в гене, колирующем сукцинатдегидрогеназу, с очень большой вероятностью развивается феохромацитома – новообразование надпочечников, способное производить гормоны.

В случае, если из-за мутации в гене изменяется активность альфа-кетоглутаратдегидрогеназы, происходит накопление продуктов распада аминокислот, что приводит к ряду нарушений в функционировании органов и систем, а также придает моче специфический запах, что и дало название заболеванию – болезнь кленового сиропа.

Течение этой болезни тяжелое, и часто заканчивается смертью в раннем возрасте. У детей выявляют задержку развития, а также выраженное угнетение центральной нервной системы. Прогноз крайне неблагоприятный, лечение – перевод на питание без аминокислот с разветвленной цепью.

Значение цитратного цикла

Цикл Кребса – Википедия, и другие источники явно дают понять о значении этой последовательности химических реакций для практически всех эукариот. Кроме образующейся энергии в виде АТФ, а также энергии, выделяющейся при образовании янтарной кислоты, цикл трикарбоновых кислот объединяет анаболические и катаболические процессы в живых организмах.

В цикле проходят превращения продукты распада и углеводов, и жиров, и белков, хотя иногда для этого и необходимы дополнительные химические превращения.

Вещества же, образующиеся в цикле могут использоваться организмом для синтеза ряда аминокислот, гема, порфиринов, стеролов, а также идти на глюконеогенез.

Таким образом, в цикле трикарбоновых кислот объединяются как пути распада, так и пути синтеза многих необходимых для номральной жизнедеятельности веществ.

Цитратный цикл не только обеспечивает процессы тканевого дыхания, и обеспечивает производство энергии в виде АТФ, но и является точкой пересечения как катаболических, так и анаболических процессов. Цикл Кребса является основой клеточного дыхания для использующих кислород организмов, а также является точкой пересечения многих метаболических путей организма, связанных как с распадом, так и с синтезом.

Более подробно о цикле Кребса - на видео: