Krebsův cyklus (FBLT)

Z WikiSkript

Náplň podkapitoly

  1. Úvod do Krebsova cyklu
  2. Reakce Krebsova cyklu
  3. Regulace Krebsova cyklu

Úvod do Krebsova cyklu

Pencil.png upravit

Schéma Krebsova cyklu

Krebsův cyklus (citrátový cyklus, cyklus kyseliny citronové) je metabolická dráha lokalizovaná v matrix mitochondrií. Probíhá téměř ve všech buňkách organismu – kromě erytrocytů, které mitochondrie postrádají. Pro hladký průběh Krebsova cyklu jsou potřebné aerobní podmínky.

Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránce Regulace Krebsova cyklu.

Buňky trpící nedostatkem kyslíku mají omezenou rychlost. Krebsův cyklus je srdcem energetického metabolismu buňky – napojují se na něj všechny dráhy energetického metabolismu. Například dýchací řetězec, glukoneogeneze, transaminace a deaminace aminokyselin či lipogeneze. Proto se nedá určit, zda se jedná o anabolickou či katabolickou dráhu. Proto ji nazýváme amfibolická dráha.

Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránce Přehled energetického metabolismu .

Funkce Krebsova cyklu

Oxidace acetylových zbytků (dodávaných ve formě acetyl−CoA)

Oxidace acetylových zbytků (CH3-CO−) až na konečný CO2. Reakce je zdrojem redukčních ekvivalentů (H+), které jsou přeneseny na kofaktory NAD+ či FAD za vzniku redukovaných forem:

Redukované kofaktory sytí dýchací řetězec, kde se regenerují – reoxidují, a představují tedy vzájemné propojení Krebsova cyklu a dýchacího řetězce. Krebsův cyklus je hlavním dodavatelem redukovaných kofaktorů pro dýchací řetězec, a proto i významným zdrojem ATP pro buňku. V samotném Krebsově cyklu však vzniká přímo jen jedno GTP na jednu jeho „otočku”.

Vyústění mnoha katabolických drah do Krebsova cyklu

Mnoho katabolických drah produkuje meziprodukty Krebsova cyklu či metabolity, jako je pyruvát a acetyl−CoA. Ty mohou být oxidovány na CO2, ale i využity jako substráty pro syntézu jiných látek.

Dodávaní prekurzorů do anabolických drah

Například glukoneogeneze, biosyntéza tetrapyrrolů (hemu), tvorba aminokyselin (např. glutamátu, současně i nejhojnějšího excitačního neurotransmiteru v mozku) či dodávka acetyl−CoA do syntézy mastných kyselin.

Účast na vylučování aminodusíku

Krebsův cyklus je úzce propojen s cyklem syntézy močoviny a s tvorbou glutamátu, což jsou dvě hlavní reakce sloužící k vyloučení dusíku pocházejícího z aminokyselin z těla.


Historická korelace: Krebsův cyklus nese jméno sira Hanse Adolfa Krebse (1900–1981), německého, později anglického lékaře a biochemika. Ten byl v roce 1953 oceněn Nobelovou cenou za fyziologii a medicínu „for his discovery of the citric acid cycle”. Cenu obdržel společně s německým, později americkým biochemikem Fritzem Albertem Lipmannem, jenž ji získal „for his discovery of co−enzyme A and its importance for intermediary metabolism”.

Reakce Krebsova cyklu

Pencil.png upravit


Souhrnná rovnice popisující Krebsův cyklus:

CH3-CO~SCoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 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 + ADP + Pi + 2 H2O → 3 CO2 + 4 NADH + 4 H+ + FADH2 + ATP


Jednotlivé reakce Krebsova cyklu


Oxidace acetylových zbytků probíhá přes několik mezikroků.


Soubor:Citrat 1233445.jpg
Průběh Krebsova cyklu
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 oxaloacetát ze sukcinátu


6. Oxidace sukcinátu na fumarát


7. Adice vody na dvojnou vazbu ve fumarátu za vzniku malátu
  • katalyzováno enzymem fumaráthydratázou (fumaráza)


8. Oxidace malátu na oxalacetát
  • pomocí enzymu maltátdehydrogenázy
  • vzniká NADH + H+
  • uzavíra 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.

Karboxylace pyruvátu


1. Karboxylace pyruvátu
  • vznik oxaloacetátu
  • reakci katalyzuje enzym pyruvátkarboxyláza (kofaktorem je biotin - vitamin B7)
Pyruvát + CO2 + ATP → oxaloacetát + ADP + Pi


2. Vznik oxalacetátu a α−ketoglutarátu
Transaminace aspartát na oxalacetát
  • vznik z uhlíkatých koster aminokyselin
  • aspartát může být transaminován na oxaloacetát
  • glutamát na α−ketoglutarát


3. Vznik sukcinyl−CoA z propionyl−CoA
  • tvoří se během degradace mastných kyselin s lichým počtem C-atomů

Regulace Krebsova cyklu

Pencil.png upravit

Krebsův cyklus

Regulačními body (enzymy) Krebsova cyklu jsou

  1. Citrátsyntáza
  2. Isocitrátdehydrogenáza
  3. α-ketoglutarátdehydrogenáza


Regulačními faktory Krebsova cyklu jsou

  1. Poměr NADH / NAD+ – respirační kontrola.
  2. Poměr ATP / (ADP a AMP) – energetická kontrola.
  3. Dostupnost substrátů Krebsova cyklu – substrátová kontrola.


Poměr NADH / NAD+ – respirační kontrola

Pokračováním Krebsova cyklu je dýchací řetězec, kde dochází k reoxidaci redukovaných kofaktorů. Pokud se hromadí NADH + H+ a FADH2 (zvyšuje se poměr NADH / NAD+), dojde k inhibici α-ketoglutarátdehydrogenázy a isocitrátdehydrogenázy.


Poměr ATP / (ADP a AMP) – energetická kontrola

Je-li dostatek energie, inhibuje se α-ketoglutarátdehydrogenáza a isocitrátdehydrogenáza.

  • ATP je jejich inhibitorem.
  • ADP a AMP jsou naopak aktivátory.
Komplex IV v dýchacím řetězci


Dostupnost substrátů Krebsova cyklu – substrátová kontrola

Substrátová kontrola se nachází na úrovni citrátsyntázy, která produkuje tolik citrátu, kolik jí dodáme oxaloacetátu a acetyl-CoA.

Aktivita Krebsova cyklu rovněž souvisí s dostupností O2. I přesto, že žádná z reakcí v cyklu nevyžaduje O2, je kyslík potřebný pro respirační řetězec, protože zde slouží jako finální akceptor elektronů. V respiračním řetězci se reoxidují:

NADH → NAD+
FADH2FAD

Jestliže buňka postrádá O2, klesá koncentrace NAD+ a FAD a následně se sníží i aktivita Krebsova cyklu.