Krebso ciklas (citrinų rūgšties/TCA ciklas): ląstelinis kvėpavimas

Sužinokite Krebso (citrinų rūgšties/TCA) ciklo vaidmenį ląsteliniame kvėpavime: kaip mitochondrijose gaminama energija, vandeniliai ir elektronai elektronų pernašai.

Autorius: Leandro Alegsa

14-12-2025 22:30

Krebso ciklas (pavadintas Hanso Krebso vardu) yra ląstelinio kvėpavimo dalis. Kiti jo pavadinimai yra citrinų rūgšties ciklas ir trikarboksirūgščių ciklas (TCA ciklas).

Krebso ciklas - tai cheminių reakcijų serija, kurią naudoja visi aerobiniai organizmai, keisdami energiją. Jis svarbus daugeliui biocheminių procesų. Tai leidžia manyti, kad jis buvo viena iš anksčiausiai išsivysčiusių ląstelių metabolizmo dalių.

Krebso ciklas prasideda po jungties reakcijos ir suteikia vandenilio ir elektronų, reikalingų elektronų pernašos grandinei. Jis vyksta mitochondrijose.

Pagrindinė idėja ir vieta ląstelėje

Krebso ciklas surenka energiją iš acetil-CoA, kuris susidaro iš gliukozės (per piruvato dekarboksilinimą/jungties reakciją), riebalų rūgščių ir kai kurių amino rūgščių skaidymo. Eukariotų ląstelėse reakcijos vyksta mitochondrijų matrikse; prokariotai (bakterijos) panašius žingsnius atlieka citoplazmoje ar prie plazminės membranos.

Pagrindiniai žingsniai (apibendrintai)

Acetil-CoA + oksaloacetatas → citratas (fermentas: citrato sintazė).
Citratas → izocitratas (fermentas: aconitazė).
Izocitratas → α-ketoglutaratas (izocitrato dehidrogenazė; išsiskiria CO2 ir susidaro NADH).
α-ketoglutaratas → sukcinil-CoA (α-ketoglutarato dehidrogenazė; išsiskiria CO2 ir susidaro NADH).
Sukcinil-CoA → sukcinatas (sukcinil-CoA sintetazė; susidaro GTP arba ATP).
Sukcinatas → fumaratas (sukcinato dehidrogenazė; susidaro FADH2; šis fermentas taip pat yra elektronų pernašos grandinės kompleksas II).
Fumaratas → malatas (fumarazė).
Malatas → oksaloacetatas (malato dehidrogenazė; susidaro NADH).

Energijos ir reduktuotųjų ekvivalentų išeiga

Vienam acetil-CoA įeinant į ciklą tipinė teorinė grynoji išeiga yra:

3 NADH
1 FADH2
1 GTP (arba ATP)
2 CO2 (išskiriami kaip anglies dioksidas)

Vienai gliukozės molekulei, kurios apykaita duoda du acetil-CoA, Krebso ciklo išeiga padvigubėja (6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP/ATP ir 4 CO2). NADH ir FADH2 vėliau perduoda elektronus į elektronų pernašos grandinę, kur ATP gaminama oksidacinio fosforilinimo būdu.

Reguliavimas ir funkcijos

Reguliavimas: ciklas griežtai reguliuojamas pagal energetinę ląstelės būklę. Aukštas NADH/ NAD+ santykis, ATP slopina kai kuriuos fermentus; ADP ir AMP aktyvina. Kai kurie fermentai jautrūs Ca2+ (pvz., izocitrato dehidrogenazė, α-ketoglutarato dehidrogenazė), kas ypač svarbu raumenų ir širdies audiniuose.
Anaplerotinės reakcijos: TCA junginiai nuolat naudojami biosintezės reikmėms (aminorūgščių, citratų riebalų sintezei, hemo sintezei). Norint išlaikyti ciklo veikimą, šie tarpiniai produktai yra atstatomi anaplerotinėmis reakcijomis (pvz., piruvato karboksilazė paverčia piruvatą oksaloacetatu).
Amfiboliškumas: Krebso ciklas yra ir katabolinis (skaldymas energijai gauti), ir anabolinis (tiekia prekursorius biosintezėms).

Klinikinė reikšmė ir evoliucinė pastovumas

Dėl svarbos energijos gamybai, Krebso ciklo fermentų defektai gali sukelti rimtas metabolines ligas. Kai kurių ciklo fermentų mutacijos (pvz., sukcinato dehidrogenazės) yra susijusios su tam tikrais navikais. Kadangi ciklas yra plačiai paplitęs ir esminis daugeliui gyvybės formų, manoma, kad jo šerdis yra evoliuciškai sena ir stabilizuota.

Pabaigai

Krebso ciklas yra centrinė ląstelės energetikos stotis: jis ne tik gamina redukuotąsias formas elektronų pernašai ir ATP gamybai, bet ir pateikia būtinas medžiagas biosintetiniams keliams. Jo veikimas priklauso nuo ląstelės metabolinės būklės, todėl jis yra intensyviai reguliuojamas ir glaudžiai susietas su kitais metaboliniais tinklais.

Santrauka

Toliau pateiktoje schemoje parodyta, kad ši kvėpavimo dalis yra nuolat pasikartojantis ciklas, kurio metu susidaro ATP ir išsiskiria CO 2. ATP yra molekulė, kuri chemine forma perneša energiją, naudojamą kituose ląstelės procesuose. Apibendrinant:

Išsiskiria dvi anglies dioksido molekulės
Susidaro viena GTP molekulė
Trys NAD+ molekulės susijungia su vandeniliu (NAD+ → NADH)
Viena FAD molekulė susijungia su vandeniliu (FAD → FADH₂ ).

Kadangi iš kiekvienos gliukozės molekulės susidaro dvi acetil-CoA molekulės, vienai gliukozės molekulei reikia dviejų ciklų. Todėl dviejų ciklų pabaigoje susidaro šie produktai: du ATP, šeši NADH, du FADH₂ du QH₂ (ubichinolis) ir keturi CO₂ .