Ciklo de Krebs

Skemo de la ciklo de Krebs.

La ciklo de Krebs (ankaŭ konata kiel ciklo de trikarboksilaj acidoj aŭ citr-acida ciklo) estas aro de reakcioj, kiuj estas centra parto de la elĉerpado de energio el nutraĵoj (per la katabolo de karbonhidratoj, lipidoj kaj proteinoj por fine produkti karbonan dioksidon kaj ATP-molekulojn). Ĝi estas unu el la plej gravaj cikloj de ĉiuj ĉeloj, kies ĉelspirado okazas per oksigeno (do, ĉiuj ĉeloj, kiuj havas mitokondriojn). Tiun ĉi ciklon malkovris la Nobel-premiitoj Albert Szent-Györgyi kaj Hans Krebs.

Ĝenerala vido

La neta reakcio de la ciklo estas:

acetil-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + ADP + P_i → CoA + 3 NADH + H⁺ + FADH₂ + ATP + 2 CO₂

El unu glukoz-molekulo oni elĉerpas entute 36 ATP-molekulojn (se oni konsideras la tri fazojn de ĉelspirado: glikolizo, ciklo de Krebs, kaj transport-ĉeno de elektronoj). Oni fakte akiras 38 ATP-molekulojn, tamen du el ili estas uzitaj por transporti el citoplasmo al mitokondria matrico la du molekulojn de acetila koenzimo A, kiuj fariĝas dum glikolizo.

Reakcioj de la ciklo de Krebs

Reakcio 1: citrata sintazo

ΔG'°= -31.4 kJ/mol

La enzimo citrata sintazo katalizas la kondensiĝon de la oksaloacetata acido kun la acetila CoA, donante citraton. La reakcio estas tre energidona (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), tial tiu ĉi faso estas ege neinversigebla. La citrato produktita povas inhibiciigi la aktivecon de la enzimo. Pro tio ĉi, eĉ se la reakcio estas tre energidona, la citrata sintazo povas esti reguligita. Tiu ĉi aspekto estas biologie tre grava, pro tio, ke ĝi permesas plen-reguladon de la tuta ciklo de Krebs.

Strukturo de la citrata sintazo. Ĉiu monomero de tiu ĉi enzimo estas ligita al molekulo de oksalacetato (fuksin-kolore) kaj analogo de la acetila koenzimo A (blank-kolore).

Reakcio 2: akonitazo

ΔG'°=+6.3 kJ/mol

La akonitazo katalizas la isomerigon de la citrato al isocitrato (per formiĝo de cis-akonitato). Tiu ĉi enzimo katalizas ankaŭ la mala reakcio, sed en la ciklo de Krebs tiu ĉi reakcio estas unudirekta, pro la leĝo de reakcio de masoj: la koncentriteco (en standardaj kondiĉoj) de citrato (91%) de la cis-akonitato (3%) kaj isocitrato (6%) puŝas la reakcion al produktado de isocitrato.

Strukturo de la akonitazo

Reakcio 3: isocitrata malhidrogenazo

ΔG'°=-8.4 kJ/mol

La mitokondria isocitrata malhidrogenazo estas enzimo, kiu dependas de la ĉeesto de NAD+ kaj de Mn2+ kaŭ Mg2+. Komence, la enzimo katalizas la oksidadon de la isocitrato al oksalasukcenato, kiu produktas molekulon de NADH el NAD+. Poste, la ĉeesto de unu du-valenta jono plialtiĝas la elektronegativecon de parto de tiu molekulo. Pro tio ĉi, la elektronoj de la molekulo relokiĝas, kaj tio ĉi rompas la ligon de karboksila grupo. Tiamaniere, la enzimo perdas molekulon de CO2, kreante la α-ketoglutarata malhidrogenazo (t.e. alfa-ketoglutarata).

Strukturo de la isocitrata malhidrogenazo el Escherichia coli.

Reakcio 4: α-ketoglutarata malhidrogenazo

ΔG'°=-30.1 kJ/mol

Post la iĝo de isocitrato al α-ketoglutarata (t.e. alfa-ketoglutarata) malhidrogenazo, okazas oksidiga dekarboksilacio. Tio ĉi produktas sukcenan koenzimon A. La oksidiga dekarboksilacio de α-ketoglutarata malhidrogenazo tre similas al tiu de la piruvato. Ambaŭ reakcioj inkludas la dekarboksilacio de α-ketoacido, produktante altenergian tioesteron per koenzimo A. La kataliziloj de tiu ĉi reakcio tre similas inter ili. La α-ketoglutarata malhidrogenazo fariĝas de tri malsamaj enzimoj: ero E1, aŭ 2-ketoglutarata malhidrogenazo, ero E2, aŭ trans-sukcenazo, ero E3, aŭ malhidrolipoamido malhidrogenazo, E1 kaj E2 estas tre similaj al piruvata malhidrogenazo.

Reakcio 5: sukcena CoA sintetazo

ΔG°′ = -3.3 kJ/mol

La sukcena koenzimo A (aŭ sukcena CoA) estas altenergia tioestero (ĝia hidroliza ΔG°′ estas ĉirkaŭ -33.5 kJ/mol, simila al tiu de ATP, kiu estas -30.5 kJ/mol). La enzimo sukcena CoA-sintetazo uzas tiun energion por forforiligi GDP-on, produktante GTP-on (post kelkaj paŝoj) kaj la sukcena CoA transformiĝas en sukcenato.

Strukturo de la sukcena CoA sintazo de Sus scrofa (porko).

Reakcio 6: sukcena malhidrogenazo

ΔG'°=0 kJ/mol

La fina parto de la ciklo rearanĝas la molekulojn de kvar atomoj de karbono reproduktante oksoalacetaton. Pro tio, la metila grupo, kiu troveblas en la sukcenato, devas transformiĝi al karbonilo. Samkiel okazas en aliaj vojoj (kiel ekzemple la beta-oksidiĝo de grasaj acidoj), tiu ĉi transformiĝo okazas tripaŝe: oksidigo (per sukcena malhidrogenazo), hidratigo (per fumarazo) kaj dua oksidigo (per malata malhidrogenazo). Tiel, dum oni rehavigas oksalacetaton, oni elĉerpas pli da energio kreante FADH2-on kaj NADH-on. La sukcena malhidrogenazo katalizas la unuan oksidigon. Tiu ĉi enzimo estas la nura en la ciklo de Krebs, kiu akceptas hidrogenon el FAD, kaj ne el NAD+. Ĝi estas ankaŭ la nura, kiu troveblas ene de la mitokondria membrano.

Kvaternara strukturo de la proteinaro de sukcena malhidrogenazo (kaj la proteinaro de la transport-ĉeno de elektronoj de Escherichia coli.

Reakcio 7: fumarazo

ΔG'°=-3.8 kJ/mol

Fumarazo katalizas la adicion de protono transe, kaj de OH-grupo el akvo. Tiel, fumarato transformiĝas en L-malato (kaj ne D-malato, pro tio, ke la enzimo nur povas ligi la OH-grupon al unu flanko de fumarato).

Strukturo de la fumarazo de Saccharomyces cerevisiae (gisto).

Reakcio 8: malata malhidrogenazo

ΔG'°=+29.7 kJ/mol

La lasta reakcio de la ciklo temas pri oksidigo de malato al oksoalacetato. Malata malhidrogenazo katalizas tiun ĉi reakcion akirante NAD+-on kaj produktante NADH. La energio de Gibbs de tiu ĉi lasta reakcio estas pozitiva (tio ĉi ne okazas en la aliaj partoj de la ciklo). Tamen, tiu ĉi enzimo aktiviĝas, pro tio, ke la oksalacetato konsumiĝas pro la aktiveco de la citrata sintazo (kaj NADH) ĉe la transport-ĉeno de elektronoj.

Strukturo de la malata malhidrogenazo de Thermus flavus.