Reakce Krebsova cyklu

Souhrnná rovnice popisující Krebsův cyklus:

CH₃-CO~SCoA + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + P_i + 2 H₂O → 2 CO₂ + 3 NADH + 3 H⁺ + FADH₂ + GTP

Většina acetyl−CoA, který dodává acetylové zbytky do Krebsova cyklu, pochází z ß−oxidace mastných kyselin a z pyruvátdehydrogenázové reakce (procesy probíhající v matrix mitochondrie).

Pyruvátdehydrogenázová reakce

Jedná se o nevratnou oxidativní dekarboxylaci pyruvátu.

CH₃-CO-COOH + NAD⁺ + HSCoA → CO₂+ NADH + H⁺ + CH₃-CO~SCoA

Pokud propojíme pyruvátdehydrogenázovou reakci a souhrnnou reakci Krebsova cyklu, získáme rovnici popisující kompletní oxidaci pyruvátu.

CH₃-CO-COOH + 4 NAD⁺ + FAD + GDP + P_i + 2 H₂O → 3 CO₂ + 4 NADH + 4 H⁺ + FADH₂ + GTP

Jednotlivé reakce Krebsova cyklu

Oxidace acetylových zbytků probíhá přes několik mezikroků.

1. Acetylový zbytek (2C) přenesen na oxalacetát (4C)

• reakce katalyzovaná enzymem citrátsyntázou – vzniká citrát (6C)
• nevratná – regulační reakce

2. Izomerace citrátu na isocitrát

• přes akonitát, za katalýzy enzymem akonitát-hydratázou (akonitáza)
• reakce volně reverzibilní

3. Oxidace izocitrátu na α−ketoglutarát

• katalyzována enzymem isocitrátdehydrogenázou
• oxidační dekarboxylace – oxidace −OH skupiny isocitrátu na ketoskupinu (vznik NADH + H⁺) za současného odštěpení jedné karboxylové skupiny ve formě CO₂
• nevratná – nejdůležitější regulační reakce

4. Oxidace α-ketoglutarátu na sukcinyl−CoA

• katalyzována α-ketoglutarátdehydrogenázou (multienzymový komplex)
• jde o oxidační dekarboxylaci – dochází k odštěpení další molekuly CO₂
• vznik NADH + H⁺
• reakce nevratná a regulační

5. Přeměna sukcinyl−CoA na sukcinát a koenzym A

• katalyzováno sukcinyl−CoA-ligázou
• typická substrátová fosforylace
• vratná reakce
• vznik GTP, který může být přeměněn na ATP.

V dosavadních reakcích došlo ke kompletní oxidaci acetylového zbytku na 2 CO₂ a oxalacetát byl redukován na sukcinát. Následující tři reakce regenerují oxalacetát ze sukcinátu

6. Oxidace sukcinátu na fumarát

• pomocí enzymu sukcinátdehydrogenázy (integrální protein ve vnitřní mitochondriální membráně, který je součástí dýchacího řetězce – komplex II)
• kofaktorem je FAD – vzniká FADH₂

7. Adice vody na dvojnou vazbu ve fumarátu za vzniku malátu

• katalyzováno enzymem fumaráthydratázou (fumarázou)

8. Oxidace malátu na oxalacetát

• pomocí enzymu maltátdehydrogenázy
• vzniká NADH + H⁺
• uzavírá Krebsův cyklus

Produkty Krebsova cyklu

V jedné otočce Krebsova cyklu vznikají 2 CO₂, 3 NADH + H⁺, 1 FADH₂ a 1 GTP (možno směnit za ATP).

Oxid uhličitý difunduje z mitochondrie a na konci je vyloučen v plicích. Redukované kofaktory (NADH + H⁺, FADH₂) sytí dýchací řetězec, který následně tvoří ATP. Energetická bilance Krebsova cyklu (přímá tvorba GTP a vznik ATP v dýchacím řetězci) se pohybuje mezi 10–12 ATP na jednu molekulu acetyl−CoA. Situace je mnohem složitější a přesné číslo je problematické určit.

Doplňovací (anaplerotické) reakce

Meziprodukty Krebsova cyklu se v mitochondrii vyskytují ve velmi malých množstvích. Na jedné straně vytvářejí anabolické dráhy hlavní odtok meziproduktů z Krebsova cyklu – například: sukcinyl−CoA → syntéza hemu, oxalacetát → glukoneogeneze. Na straně druhé dochází během oxidace acetylových zbytků k jejich konstantní regeneraci, a proto se jejich koncentrace udržují relativně stabilní v průběhu času. Reakce, které doplňují tyto ztráty meziproduktů Krebsova cyklu, se nazývají anaplerotické.

1. Karboxylace pyruvátu

Pyruvát + CO₂ + ATP → oxalacetát + ADP + P_i

• vznik oxalacetátu
• reakci katalyzuje enzym pyruvátkarboxyláza (kofaktorem je biotin – vitamin B7)

2. Vznik oxalacetátu a α−ketoglutarátu

• vznik z uhlíkatých koster aminokyselin
• aspartát může být transaminován na oxalacetát
• glutamát na α−ketoglutarát

3. Vznik sukcinyl−CoA z propionyl−CoA

• tvoří se během degradace mastných kyselin s lichým počtem C-atomů