ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВИХ КИСЛОТ

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВИХ КИСЛОТ (цикл Кребса, цитратний цикл, ЦТК) — цикл перетворення ди- і трикарбонових кислот — кінцева стадія окиснювального катаболізму, в якому відбувається повне «згоряння» до СО2 та Н2О активної форми оцтової кислоти (ацетил-КоА), яка утворюється у вигляді проміжного продукту вуглеводного, ліпідного та білкового обміну. Процес супроводжується виділенням енергії, частина якої акумулюється в макроергічних зв’язках АТФ. ЦТК є центральною ланкою обміну, в якому концентруються практично всі шляхи метаболізму. Уперше цей цикл був досліджений англійським біохіміком Г.А. Кребсом. Значний внесок у вивчення окремих реакцій ЦТК зробили С.Є. Сєвєрін, В.П. Скулачов, Ф. Ліпман та інші вчені. ЦТК відбувається в матриксі мітохондрій. Окиснення ацетил-КоА в циклі Кребса здійснюється протягом кількох стадій, які складаються з восьми послідовних реакцій. Каталізатором процесу є щавлево-оцтова кислота, яка включається та вивільняється у ЦТК. Таким чином, одна молекула оксалоацетату може багаторазово використовуватися для окиснення ацетильних залишків. У результаті одного повного ЦТК молекула ацетил-КоА «згоряє» до кінцевих продуктів СО2 та Н2О, а молекула оксалоацетату регенерується і може включатися у новий цикл. Для безперервної роботи циклу необхідне постійне надходження в систему ацетил-КоА та окиснення відновлених форм НАДН(Н+) і ФАД·Н2. Це окиснення здійснюється у зв’язку з процесами фосфорилювання в ланцюгу дихальних ферментів, локалізованому в мембранах мітохондрій. Енергія, що виділяється, акумулюється в макроергічних зв’язках АТФ. Усього за повний ЦТК утворюється три молекули НАДН(Н+) і одна ФАД·Н2. На кожну молекулу НАДН(Н+) при утворенні молекули води в процесі тканинного дихання може синтезуватися 3 молекули АТФ, а на кожну молекулу ФАДН2 — 2 молекули АТФ. Отже, кожен оборот ЦТК супроводжується синтезом 11 молекул (3·3+2=11) АТФ шляхом окисненого фосфорилювання в дихальному ланцюгу мітохондрій. Крім того, одна молекула АТФ утворюється на рівні субстрату при перетворенні сукциніл-КоА на бурштинову кислоту (1 ГТФ=1 АТФ). Загальний баланс обороту ЦТК становить 11+1=12 молекул АТФ. Молекула оцтової кислоти через свої малі розміри і відносно просту будову відрізняється тим, що її метильна група досить стійка до хімічного окиснення. Для прямого окиснення ацетату до двох молекул СО2 необхідні дуже жорсткі умови, зовсім не схожі на ті, що існують у клітинах. Тому в процесі еволюції живі клітини пристосувалися використовувати хоч і обхідний, але більш легкий шлях, який не вимагає такої високої енергії активації. Клітини набули здатності приєднувати ацетат до іншої сполуки — щавлево-оцтової кислоти (оксалоацетат) і одержувати таким чином продукт — лимонну кислоту (цитрат), яка значно легша, ніж сам ацетат, дегідрується та декарбоксилюється. Окрім енергетичної функції, ЦТК притаманні інтегративна, амфіболічна і гідрогенгенеруюча функції: 1) інтегративна полягає в тому, що ЦТК є своєрідним метаболічним «колектором», який об’єднує шляхи катаболізму вуглеводів, ліпідів та білків; 2) амфіболічна виконує подвійну функцію: катаболічну, зв’язану з розпадом ацетату, й анаболічну, оскільки субстрати ЦТК використовують і для синтезу інших речовин. Так, щавлево-оцтова кислота (оксалоацетат) необхідна для синтезу аспарагінової кислоти та глюкози, α-кетоглутарова (2-оксоглутарат) — глутамінової кислоти, бурштинова (сукцинат) — для синтезу гему; 3) гідрогенгенеруюча — коли ЦТК є основним генератором гідрогену для дихального ланцюга, причому процесами, які «живлять» цикл залишками оцтової кислоти та іншими проміжними продуктами поряд з обміном вуглеводів, є також обмін ліпідів та амінокислот.

У виробництві лимонної кислоти деякі штами мікроорганізмів, що ростуть на вуглеводах, використовують ті самі ферментативні реакції, в ході яких щавлево-оцтова кислота перетворюється на лимонну, але остання при технологічному процесі далі не включається в ЦТК, а накопичується.

Боєчко Ф.Ф., Боєчко Л.О. Основні біохімічні поняття, визначення і терміни. — К., 1993; Вороніна Л.М., Десенко В.Ф., Мадієвська Н.М. та ін. Біологічна хімія. — Х., 2000; Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини. — Тернопіль, 2001.