Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

Вторую фазу аэробного дыхания составляет цикл Кребса (названный так в честь открывшего его исследователя – сэра Ганса Кребса). Ацетильная группа ацетил–КоА, содержащая 2 атома углерода, включается в цикл Кребса при гидролизе ацетил–КоА. Она присоединяется к щавелевоуксусной кислоте – четырехуглеродному соединению, в результате чего образуется шестиуглеродная лимонная кислота. Для этой реакции требуется энергия, ее поставляет высокоэнергетическая связь ацетил–КоА. Далее следует цикл реакций, в которых ацетильные группы, поступающие в цикл при гидролизе ацетил–КоА, дегидрируются с высвобождением четырех пар атомов водорода и декарбоксилируются с образованием двух молекул СО₂. При декарбоксилировании для окислении двух атомов углерода до СО₂ используется кислород, отщепляемый от двух молекул воды. Этот процесс носит название окислительного декарбоксилирования. В конце цикла молекула щавелевой кислоты регенерируется. Теперь она способна вступить в реакцию с новой молекулой ацетил-КоА и цикл повторяется. На каждую окисленную молекулу ацетил–КоА образуется: одна молекула АТФ, 4 пары атомов водорода, 2 молекулы СО₂. Водородные атомы присоединяются к НАД⁺ или ФАД и попадают в дыхательную цепь. Поскольку из одной окисленной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ацетил-КоА, для окисления каждой молекулы глюкозы в процессе дыхания требуется 2 оборота цикла. Поэтому в конечном итоге при окислении одной молекулы глюкозы синтезируется 2 молекулы АТФ, выделяется 4 молекулы СО₂ и высвобождается 8 пар атомов водорода, поступающие затем в дыхательную цепь.

Суммарную реакцию для образования ацетил-КоА и цикла Кребса можно записать так:

С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О ® 6СО₂ + 4 АТФ + 12 АсН₂

Рис. 13. Цикл трикарбоновых кислот

Цитрат-синтаза

Конденсация ацетил-КоА с оксалоацетатом, приводящая к образованию цитрата, катализируется ферментом цитрат-синтазой. В ходе этой реакции метильная группа ацетил-КоА присоединяется к углероду карбонильной группы оксалоацетата с последующим гидролизом тиоэфирной связи и образованием свободного КоА–SH. Гидролиз сопровождается уменьшением стандартной свободной энергии (на 7,7 ккал). Цитрат-синтаза относится к регуляторным ферментам, она ингибируется АТФ и НАДН.

O H₂C – COO^-

|| |

О = С – СОО^- + С – СН₃ + Н₂О ® НО – С – СОО^- + HS – CoA + H⁺

| | |

H₂C – COO^- S – CoA H₂C – COO^-