Cyklus kyseliny citronové (známý také jako cyklus kyseliny trikarboxylové, TCA cyklus nebo Krebsův cyklus) je řada chemických reakcí, které mají zásadní význam ve všech živých buňkách a při nichž se využívá kyslík jako součást buněčného dýchání. U aerobních organismů je cyklus kyseliny citronové součástí metabolické dráhy, která se podílí na chemické přeměně sacharidů, tuků a bílkovin na oxid uhličitý a vodu za účelem získání formy využitelné energie.
Jedná se o druhou ze tří metabolických drah, které se podílejí na katabolismu palivových molekul a tvorbě ATP; dalšími dvěma jsou glykolýza a oxidativní fosforylace.
Cyklus kyseliny citronové také poskytuje prekurzory pro mnoho sloučenin, jako jsou některé aminokyseliny, a některé z jeho reakcí jsou proto důležité i v buňkách, které provádějí fermentaci.
Cyklus kyseliny citronové je také známý jako Krebsův cyklus podle sira Hanse Adolfa Krebse (1900-1981), který v roce 1937 navrhl klíčové prvky této dráhy a v roce 1953 za její objev získal Nobelovu cenu za medicínu. Správně se píše bez přivlastňovacího apostrofu.
Umístění cyklu a vstupů a výstupů
Cyklus kyseliny citronové probíhá u eukaryot v mitochondriální matrix a u prokaryot v cytoplazmě.
Reakce TCAC, jak probíhají v lidské buňce.
Katabolismus molekul paliv (včetně glykolýzy) produkuje acetyl-CoA, dvouuhlíkatou acetylovou skupinu vázanou na koenzym A. Acetyl-CoA je hlavním vstupem do cyklu kyseliny citronové.
Citrát je prvním i posledním produktem cyklu (obr. 1) a regeneruje se kondenzací oxaloacetátu a acetyl-CoA.
Součet všech reakcí v cyklu kyseliny citronové je:
Dva uhlíky jsou oxidovány na CO2 a energie z těchto reakcí je uložena v GTP , NADH a FADH2. NADH a FADH2 jsou koenzymy (molekuly, které umožňují nebo posilují činnost enzymů), které uchovávají energii a využívají se při oxidační fosforylaci.
Zjednodušený pohled na proces:
Mnoho enzymů v cyklu TCA je regulováno negativní zpětnou vazbou z ATP, když je energetický náboj buňky vysoký. Mezi takové enzymy patří komplex pyruvátdehydrogenázy, který syntetizuje acetyl-CoA potřebný pro první reakci TCA cyklu. Také enzymy citrát syntáza, isocitrát dehydrogenáza a alfa-ketoglutarát dehydrogenáza, které regulují první tři kroky TCA cyklu, jsou inhibovány vysokými koncentracemi ATP. Tato regulace zajišťuje, že cyklus TCA neoxiduje nadměrné množství pyruvátu a acetyl-CoA, když je v buňce dostatek ATP. Tento typ negativní regulace ATP probíhá alosterickým mechanismem.
Při vysoké hladině redukčních ekvivalentů v buňce (vysoký poměr NADH/NAD+) dochází také k negativní regulaci některých enzymů. Tento mechanismus regulace je způsoben inhibicí NADH u enzymů, které používají NAD+ jako substrát. To zahrnuje oba vstupní enzymy pyruvátdehydrogenázu a citrátsyntázu.
Hlavní metabolické dráhy sbíhající se v TCA cyklu
Většina katabolických drah v těle se sbíhá v TCA cyklu, jak ukazuje schéma. Reakce, které tvoří meziprodukty cyklu, se nazývají anaplerotické reakce.
Cyklus kyseliny citronové je druhým krokem v katabolismu sacharidů (odbourávání cukrů). Glykolýza rozkládá glukózu (šestiuhlíková molekula) na pyruvát (tříuhlíková molekula). U eukaryot se pyruvát přesouvá do mitochondrií. Je přeměněn na acetyl-CoA a vstupuje do cyklu kyseliny citronové.
Při katabolismu tuků se triglyceridy hydrolyzují a rozkládají se na mastné kyseliny a glycerol. V játrech může být glycerol přeměněn na glukózu prostřednictvím dihydroxyacetonfosfátu a glyceraldehyd-3-fosfátu cestou glukoneogeneze. V mnoha tkáních, zejména v srdeční tkáni, se mastné kyseliny štěpí procesem známým jako beta oxidace, jehož výsledkem je acetyl-CoA, který lze využít v cyklu kyseliny citronové. Někdy může beta oxidací vzniknout propionyl-CoA, který může vést k další tvorbě glukózy glukoneogenezí v játrech.
Po cyklu kyseliny citronové vždy následuje oxidativní fosforylace. Tento proces získává energii z NADH a FADH2 a znovu vytváří NAD+ a FAD, takže cyklus může pokračovat. Samotný cyklus kyseliny citronové nevyužívá kyslík, ale oxidativní fosforylace ano.
Celková energie získaná úplným rozkladem jedné molekuly glukózy glykolýzou, cyklem kyseliny citronové a oxidativní fosforylací se rovná přibližně 36 molekulám ATP.
Cyklus kyseliny citronové se nazývá amfibolická dráha, protože se podílí na katabolismu i anabolismu.