Что происходит на самом деле
Идея цикла, а не цепи. Ацетил-CoA сам по себе не «горит» — слишком стабилен. Решение природы: «приклеить» его к 4-углеродной молекуле-«носителю» оксалоацетату, получить 6-углеродный цитрат, и постепенно «откусить» от него 2 атома углерода в виде CO2, попутно вытаскивая электроны на NADH/FADH2. В конце цикла оксалоацетат восстанавливается и снова готов принять следующий ацетил-CoA. Изящно.
Конденсация. Цитратсинтаза «склеивает» ацетил-CoA с оксалоацетатом. Реакция настолько благоприятна (ΔG° = −32 кДж/моль), что задаёт направление всего цикла. Освободившийся CoA-SH улетает обратно искать новый ацетил.
Изомеризация: перестановка для удобства. Цитрат — симметричная молекула с гидроксилом «не там, где надо». Аконитаза переносит OH-группу на соседний углерод, превращая цитрат в изоцитрат через короткоживущий цис-аконитат.
Первое декарбоксилирование. Изоцитратдегидрогеназа (IDH) — главная регуляторная точка цикла. Она забирает 2 электрона на NAD+ и одновременно отрывает CO2. Получается α-кетоглутарат (5 углеродов), NADH и CO2. Этот фермент стимулируется ADP (когда мало ATP) и тормозится ATP/NADH.
Второе декарбоксилирование. α-Кетоглутарат-дегидрогеназный комплекс — близнец PDH (использует те же кофакторы B1, B2, B3, B5, липоат). Отрывает второй CO2, отдаёт ещё 2 электрона на NAD+ → второй NADH. Остаётся 4-углеродный сукцинил-CoA. Теперь весь углерод исходного ацетила уже улетел в виде CO2.
Субстратное фосфорилирование. Сукцинил-CoA-синтетаза извлекает энергию из тиоэфирной связи и переносит её на GDP → GTP (легко обмениваемый с ATP). В мозге нейроны и мышцы используют именно GTP-форму. Это единственный «прямой» ATP в цикле, остальная энергия пока в виде восстановленных коферментов.
Окисление сукцината. Сукцинатдегидрогеназа — единственный фермент цикла, встроенный в мембрану митохондрии (и одновременно это комплекс II дыхательной цепи!). Она забирает 2 электрона прямо на FAD → FADH2, который тут же отдаст их в дыхательную цепь.
Гидратация. Фумараза присоединяет молекулу воды к двойной связи фумарата → получается малат. Это та самая вода, которая в конце концов окажется H2O в общем уравнении дыхания.
Финальное окисление. Малатдегидрогеназа отбирает у малата 2 электрона на NAD+ → третий NADH и регенерируется оксалоацетат. Цикл готов начать всё заново со следующим ацетил-CoA.
Цикл — ещё и сборочный пункт. Промежуточные молекулы выпрыгивают из цикла и идут в биосинтез: оксалоацетат → аспартат, α-кетоглутарат → глутамат → ГАМК, сукцинил-CoA → гем (для гемоглобина и цитохромов). Цикл Кребса — это не просто «горелка», это центральная развязка метаболизма.
Бухгалтерия. На один ацетил-CoA: 3 NADH + 1 FADH2 + 1 GTP + 2 CO2. На исходную глюкозу (2 ацетил-CoA): 6 NADH + 2 FADH2 + 2 GTP + 4 CO2. Все 6 углеродов глюкозы теперь в виде CO2. Энергия перешла в восстановленные коферменты — её обналичит дыхательная цепь.
1) Ацетил-CoA + Оксалоацетат + H₂O ──цитратсинтаза──▶ Цитрат + CoA-SH
2) Цитрат ──аконитаза──▶ Изоцитрат
3) Изоцитрат + NAD⁺ ──IDH──▶ α-Кетоглутарат + CO₂ + NADH
4) α-КГ + NAD⁺ + CoA ──α-КГДГ──▶ Сукцинил-CoA + CO₂ + NADH
5) Сукцинил-CoA + GDP + Pᵢ ──СК-CoA-синт.──▶ Сукцинат + GTP + CoA
6) Сукцинат + FAD ──СДГ──▶ Фумарат + FADH₂
7) Фумарат + H₂O ──фумараза──▶ Малат
8) Малат + NAD⁺ ──МДГ──▶ Оксалоацетат + NADH
На одну глюкозу цикл проворачивается дважды (2 ацетил-CoA): итого 6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP, 4 CO2.