Цикъл на Кребс

Кой е Кребс и какво е цикъл на трикарбоновите киселини?

Името идва от първия откривател на въпросния процес – Ханс Кребс, разгледал процеса през 1937 г. Цикълът на Кребс представлява катаболитна верига от реакции, в която става пълно разграждане на верига от вещества до СО₂ и Н₂О, при което се отделя енергия за нуждите на клетката и метаболизма.

Цикълът на Кребс е универсален. Това означава, че той е общ път за разграждане на въглехидрати, липиди и протеини едновременно. Това изключително много улеснява енергийното обезпечаване на организма.

Как работи цикълът?

В организма и аминокиселините мастните киселини и пируватът образуват Ацетил КоА. При навлизането на ацетил-КоА в матрикса на митохондриите той се свързва с молекула оксалацетат и се превръща в лимонена киселина (цитрат). Цитратът от своя страна под действието на ензима аконитаза се превръща в цис-аконитат, при което се отделя молекула вода.

Цис-акониатът от своя страна под действието на ензима изоцитратдехидрогеназа се превръща в изоцитрат. Изоцитратът пък под действието на изоцитратдехидрогеназа се превръща в алфа-кетоглутарат. Алфа-кетоглутаратът чрез алфа-кетоглутаратдехидрогеназа и с присъединяването на Ацетил-КоА се превръща в сукцинил-КоА.

Той под действието на сукцинаттиокиназа преминава в сукцинат. Сукцинатдехидрогеназата го превръща във фумарат. Фумаратът чрез фумаразата преминава в L-малат. L-малатът под влиянието на ензима малатдехидрогеназа възстановява оксалацетата, който отново може да взаимодейства с молекула ацетил-КоА и цикълът да се повтори.

В изхода на този цикъл стоят образуването на СО2 и водород, както и на вода. Йоните на изхода на процеса се включват в АТФ – ресинтезата, т.е. помагат организмът да възстановява другия голям енергиен източник: аденозинтрифосфатът.

Енергийният баланс е: окислението на 1 молекула ацетат води до генерирането на максимално 12 молекули АТФ, тъй като от 1 молекула NADH2 се генерират 3 молекули АТФ, съответно от 1 FADH2- 2АТФ, и 1GTP e еквивалентна на 1АТФ.

Разграждане на въглехидратите

Тъй като цикълът протича в митохондриите на клетките и е строго аеробен, той е известен още като "клетъчно дишане". Основното му предимство, освен че е общ за всички елементи на захарното включване в цикъла, става по следния начин: гликолизата стартира от глюкозата (шест въглеродни атома), която се превръща в пируват (три въглеродни атома).

Пируватът се движи към митохондриите. Той се превръща в ацетил-КoA чрез декарбоксилиране и влиза в цикъла на лимонената киселина.

Разграждане на протеините

В катаболизма на протеините протеини се разграждат от вериги аминокиселини на съставните им аминокиселини. Въглеродният гръбнак от тези аминокиселини може да стане източник на енергия, като се превръща в ацетил-КоА и влиза в цикъла на лимонената киселина.

Разграждане на мазнините

Най-общо при катаболизма на мазнините триглицеридите се хидролизират, за да може метаболитните процеси да ги разбият в мастни киселинии глицерол. В черния дроб глицеролът може да бъде превърнат в глюкоза чрез дихидроксиацетонфосфати глицералдехид-3-фосфат от пътя на глюконеогенезата.

В много тъкани, особено сърдечната тъкан, мастните киселини се разбиват чрез процес, известен като бета-окисление, което води до образуване на  ацетил-КоА, който може да се използва в цикъла на лимонената киселина. Бета-окислението на мастни киселини с нечетен брой метиленови групи произвежда пропионил КoA, който след това се превръща в Сучинил КoA и се подава в цикъла на лимонената киселина. Повече по въпроса вижте в статията за метаболизма на мазнините.

Цикълът на лимонената киселина се нарича амфиболичен, защото участва и в анаболизма, и в катаболизма едновременно.

Ползите от цикъла на Кребс?

Цикълът на Кребс има редица преимущества. Едно от тях е, че скоростта му е регулируема най-малко на три нива; едно от тях е, разбира се, концентрацията на агентите в клетката. Другото е участието на ADP и третото е концентрацията на NADP на изхода. Освен това може да се регулират от организма и стадиите на разграждане на веществата до Ацетил КоА – особено в случая с пирувата и въглехидратите.

Промеждутъчните продукти на цикъла не са затворена система; те постоянно се използват в други реакции и се запълват от други реакции. Доказано е, че участието им в други реакции практически не намалява скоростта на цикъла. Освен това входът на цикъла обхваща и редица вторични пътища за разпадане на хранителните вещества.

Всичко това - многообликовост, използване в голям брой различни реакции, връзка с основните процеси и хранителни вещества и създаване на една "поточна линия" за всички възможни разграждания на хранителните вещества правят цикъла на лимонената киселина ключов за жизнената дейност и незаменим за енергийното преобразуване и клетъчния метаболизъм.

Този материал вероятно е чужд за повечето неспециалисти, но може да послужи като добър помощник при изясняване на процесите и проблемите в клетъчното хранене, така важни за енергообезпечаването и възстановяването в спорта.