Цикл трикарбоновых кислот

Цикл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кребса, цикл лимонной кислоты, цитратный цикл), серия последовательных ферментативных превращений три- и дикарбоновых кислот и их производных, протекающих в клетках аэробных организмов (у прокариот в цитоплазме, у эукариот в матриксе митохондрий).

Цикл трикарбоновых кислот – общий конечный этап окисления до углекислого газа (СО₂ ) и воды (Н₂ О) углеводов (преимущественно глюкозы), жиров (жирных кислот) и белков (аминокислот), т. к. в ходе их распада образуется ряд метаболитов (в том числе пировиноградная, щавелевоуксусная и α-кетоглутаровая кислоты, сукцинил-КоА, ацетил-КоА), которые включаются в цикл, где и происходит их последующее окисление.

Цикл трикарбоновых кислот – основной процесс, обеспечивающий снабжение клеток энергией в аэробных условиях и поставляющий различные промежуточные продукты для многочисленных биосинтетических реакций. Открыт Х. А. Кребсом и американским биохимиком У. А. Джонсоном в 1937 г.

Цикл трикарбоновых кислот начинается с образования лимонной кислоты при конденсации ацетильной группы ацетил-КоА и щавелевоуксусной кислоты. Лимонная кислота превращается в цис-аконитовую и далее в изолимонную кислоту, в ходе окислительного декарбоксилирования которой происходит восстановление НАД (до НАДН) и образование α-кетоглутаровой кислоты.

Последующее окислительное декарбоксилирование α-кетоглутаровой кислоты сопровождается восстановлением НАД и образованием макроэргического соединения сукцинил-КоА; его превращение в реакции субстратного фосфорилирования приводит к синтезу из гуанозиндифосфата (ГДФ) при участии неорганического фосфата (Ф_н ) гуанозинтрифосфата (ГТФ) и образованию янтарной кислоты. Последняя в реакции дегидрирования при участии ФАД-зависимого фермента сукцинатдегидрогеназы превращается в фумаровую кислоту (ФАД восстанавливается до ФАДН₂ ), из которой затем образуется яблочная кислота.

На заключительном этапе в результате дегидрирования яблочной кислоты происходит восстановление ещё одной молекулы НАД и образование щавелевоуксусной кислоты, которая вновь конденсируется с ацетильной группой молекулы ацетил-КоА. Уравнение суммарной реакции полного оборота цикла трикарбоновых кислот выглядит так:

Ацетил-КоА+3НАД+ФАД+ГДФ+Ф_н →2СО₂ +3НАДН+ФАДН₂ +ГТФ.

Образующаяся в ходе реакций цикла трикарбоновых кислот энергия аккумулируется в форме восстановительных эквивалентов НАДН и молекулы ФАДН₂ и далее используется митохондриальной цепью переносчиков электронов в дыхательные цепи, где и происходит синтез АТФ.

Поскольку промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот могут вовлекаться клетками в синтез других веществ, например глюкозы, аминокислот, жирных кислот, кетоновых тел, стероидов, порфиринов и др., их восполнение, необходимое для нормального функционирования цикла трикарбоновых кислот, осуществляют т. н. анаплеротические реакции, которые обеспечивают сопряжённый с гидролизом АТФ синтез щавелевоуксусной и/или яблочной кислот из пировиноградной кислоты и CO₂ .

Ацетил-КоА, вступающий в цикл трикарбоновых кислот, образуется при окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты, в реакциях β-окисления жирных кислот и др. Другие промежуточные продукты, образующиеся в многочисленных реакциях обмена (например, α-кетоглутаровая кислота из глутаминовой кислоты), могут вступать в цикл трикарбоновых кислот на более поздних этапах, и в их превращении участвуют не все ферменты, поэтому возможно функционирование неполного цикла. У высших растений и некоторых микроорганизмов, использующих уксусную кислоту в качестве единственного источника углерода, цикл трикарбоновых кислот видоизменён в глиоксилатный цикл.