14. Cykl kwasu cytrynowego (Krebsa)
Prof.dr hab. inż.Korneliusz Miksch
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
Cykl kwasu cytrynowego zwany również cyklem kwasów
trójkarboksylowych lub cyklem Krebsa, jest jednym z
głównych cykli metabolicznych, ściśle związany z łańcuchem
oddechowym, dzięki czemu stanowi podstawowe z
ródło ATP
w organizmie. Jest końcowym miejscem utleniania cukrów,
białek, tłuszczów. W wyniku niego następuje utlenianie
substratów energetycznych - aminokwasów, kwasów
tłuszczowych i węglowodanów- w postaci najczęściej
acetylokoenzymu A (acetylo-CoA ) otrzymanym w wyniku
glikolizy i innych przemian biochemicznych np. beta-
oksydacji. Często prekursorem acetylokoenzymu A jest inny
kluczowy metabolit  pirogronian.
U Procaryota enzymy cyklu kwasu cytrynowego
zlokalizowane są w cytoplazmie, a u Eucaryota w matriks
mitochondrialnej.
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
Podczas jednego obrotu cyklu zachodzi pięć reakcji
dehydrogenacji, w których wodór przenoszony jest na NAD
+ lub FAD+. Zredukowane koenzymy są dalej utleniane w
łańcuchu oddechowym. Początkową reakcją jest
kondensacja acetylo-CoA ze szczawiooctanem,
katalizowana przez syntetazę cytrynianową, gdzie
wykorzystywana jest jedna cząsteczka wody i powstaje
kwas cytrynowy i CoA. Kwas cytrynowy jest przekształcany
w szczawiooctan w szeregu reakcji katalizowanych przez
kolejne enzymy. Dwa razy zachodzi dekarboksylacja, przy
czym atomy węgla opuszczające cykl (jako CO2) nie
pochodzą z grupy acetylowej dołączanej przez CoA. W
wyniku rekcji powstają 3 NADH+ + H+ i 1 FADH2 oraz 1
cząsteczka GTP.
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
Substra Produkt
ty/ y/
Cząsteczka Enzym Typ reakcji
Koenzy Koenzy
my my
X.
J. Syntaza CoASH
H2O
Szczawiooctan Kondensacja
cytrynianowa + H+
+ Acetylo-CoA
H2O
I. Cytrynian A. Akonitaza Dehydratacja
H2O
II. cis-Akonitan B. Akonitaza Hydratacja
III. NADH +
C.Dehydrogenaza
Utlenianie NAD+
izocytrynianowa
Izocytrynian H+
IV. Szczawio- D. Dehydrogenaza
CO2
Dekarboksylacja H+
bursztynian izocytrynianowa
NADH +
E.Dehydrogenaza Dekarboksylacja NAD+ +
H+
V. Ketoglutaran
ketoglutaranowa oksydacyjna CoA-SH
+ CO2
VI.Bursztynylo- F.Tiokinaza GDP GTP +
Hydroliza
CoA bursztynianowa + P CoA-SH
VII. G. Dehydrogenaza
FADH2
Utlenianie FAD
Bursztynian bursztynianowa
Addycja H2O H2O
VIII. Fumaran H. Fumaraza
I. Dehydrogenaza NADH +
IX. L-Jabłczan Utlenianie NAD+
jabłczanowa H+
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
Acetylokoenzym A
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
Rola cyklu Krebsa nie ogranicza się do
dostarczania energii (bezpośrednio lub
pośrednio). Powstające w nim związki
pośrednie są substratami wyjściowymi
wielu syntez komórkowych np.
aminokwasów, tłuszczów i węglowodanów.
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
Metabolizm aminokwasów
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
Zużycie produktów pośrednich cyklu Krebsa np. kwasu
ą-ketoglutarowego do produkcji aminokwasów,
uniemożliwiłoby regenerację takiej samej ilości kwasu
szczawiooctowego. W efekcie cykl po pewnym czasie
ustałby, a jednocześnie gromadziłyby się duże ilości
acetylokoenzymu A, nie mogącego łączyć się z
brakującym kwasem szczawiooctowym. Sytuacji takiej
komórka unika dzięki specjalnemu mechanizmowi
regulacyjnemu. Nadmiar acetylokoenzymu A indukuje
enzym, karboksylazę kwasu fosfoenolopirogronowego.
Enzym ten przyłącza cząsteczkę dwutlenku węgla do
kwasu pirogronowego, wytwarzając kwas
szczawiooctowy. Umożliwia to kondensację nadmiaru
acetylokoenzymu A z tym kwasem dalsze niezakłócone
funkcjonowanie cyklu Krebsa.
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl
 Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
(Rys. 5-28, Życie bakterii1986 )
Environmental Biotechnology Department, SUT http://kbs.ise.polsl.pl