Цикл Кребса (трикарбоновых кислот): ПДК, анаплеротические реакции

Цикл Кребса (трикарбоновых кислот, ЦТК) — общий путь катаболизма углеводов, жиров и аминокислот. Происходит в матриксе митохондрий. Пируват из гликолиза превращается в ацетил-КоА пируватдегидрогеназным комплексом (ПДК; кофакторы: тиамин/B1, липоат, FAD, NAD, CoA — мнемоника TPP-Lip-FAD-NAD-CoA). Ацетил-КоА конденсируется с ОАА → цитрат и далее по циклу: 1 оборот = 3 НАДН + 1 ФАДН₂ + 1 ГТФ + 2 CO₂ → ~10 АТФ. Анаплеротические реакции (пируваткарбоксилаза, аминокислоты) восполняют интермедиаты ЦТК.

Пройти как урок

Место общего пути катаболизма в обмене веществ

Катаболизм любых биомолекул условно делится на специфический путь и общий путь катаболизма. На специфическом этапе субстрат (глюкоза при гликолизе, жирные кислоты при β-окислении, аминокислоты при дезаминировании) превращается в одну из двух универсальных молекул — пируват или ацетил-КоА. Пируват, в свою очередь, способен переходить в ацетил-КоА.

Общий путь катаболизма включает две тесно сопряжённые стадии:

В реакциях дегидрирования цикла происходит перенос водородов с первичных доноров на вторичные — NAD⁺ и FAD. Образующиеся NADH и FADH₂ окисляются в ЦПЭ, что и обеспечивает основной выход АТФ.

Окислительное декарбоксилирование пирувата

Превращение пирувата в ацетил-КоА — ключевая связующая реакция между гликолизом и циклом Кребса. Суммарное уравнение:

CH₃–CO–COOH + HS-КоА + NAD⁺ → CH₃–CO~S-КоА + CO₂ + NADH + H⁺

Реакция называется окислительным декарбоксилированием пирувата: одновременно происходит отщепление CO₂ и дегидрирование с восстановлением NAD⁺.

Катализатор — пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК), мультиферментный комплекс из нескольких субъединиц:

Цикл трикарбоновых кислот: реакции и энергетический выход

Цикл начинается с конденсации оксалоацетата с ацетил-КоА с образованием цитрата (фермент — цитратсинтаза). Один оборот цикла включает 8 реакций и приводит к полному окислению ацетильного остатка до 2 CO₂.

В одном обороте происходят:

Энергетический выход одного оборота:

Анаплеротические реакции

Помимо энергетической функции цикл Кребса выполняет анаплеротическую (пополняющую) и амфиболическую роль: его метаболиты служат предшественниками для биосинтеза.

Ключевая анаплеротическая реакция — образование оксалоацетата из пирувата:

пируват + CO₂ + АТФ → оксалоацетат + АДФ + Pi

Катализирует фермент пируваткарбоксилаза, кофермент которой — биотин (витамин H). Дефицит биотина нарушает анаплероз. Поддержание уровня оксалоацетата критически важно: при его недостатке ацетил-КоА не вступает в цикл и накапливается, что ведёт к патологическим последствиям (например, кетозу).

Регуляция цикла Кребса

Скорость цикла согласована со скоростью ЦПЭ — это явление называют дыхательным контролем. Главные сигналы — соотношения АТФ/АДФ и NADH/NAD⁺.

Аллостерически регулируются три ключевых фермента:

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса

ПДК существует в двух формах, переход между которыми обеспечивают регуляторные субъединицы:

Аллостерическая регуляция регуляторных ферментов:

Таким образом, при энергетическом избытке окисление пирувата подавляется, а при дефиците энергии — стимулируется.

Клинические аспекты

Состояния, при которых снижен синтез АТФ, называются гипоэргическими. К ним относятся:

Ключевые моменты

Что-то непонятно? Спросите нейросеть

AI-тьютор прочитал конспект этого урока и объяснит тему простыми словами.

Ответ генерирует нейросеть — сверяйтесь с учебником.

ЦПЭ и окислительное фосфорилирование — самое путаное в биохимии.

3 урока курса по биоэнергетике: 4 комплекса ЦПЭ, АТФ-синтаза, разобщители, выход АТФ при разных субстратах, анаплеротические реакции. На платформе — задачи на расчёт энергетического выхода и AI-тьютор разложит цифры.

ЦПЭ · АТФ-синтаза · разобщители · ЦТК · ПДК · анаплеротические реакции
Методички
599 ₽/мес · за биохимию
Интерактивные методички, тесты и клинические задачи, интервальное повторение
Всё на платформе
3 600 ₽/мес · за биохимию
Всё из «Методичек» + видеоразборы и материалы к урокам
Максимум
5 400 ₽/мес · за биохимию
Всё + нейросеть для конспектов, голосовой AI-тьютор 50 мин в день, шпаргалки и Тренажёр Premium
Открыть демо возврат в течение 7 дней

«Пришла нулём по биохимии и анатомии в ноябре. Надеялась хоть как-то сдать. Благодаря школе — сдала оба экзамена!»

Л Лера · ЮУГМУ · Сдала экзамен
Следующий урок Аэробный и анаэробный гликолиз: реакции и расчёт выхода АТФ

Кратко по теме в справочнике

Определения, ключевые факты и вопросы с экзамена — на одной странице.

Реквизиты: ИП Аулов Александр Андреевич · ИНН 772830395578 · ОГРНИП 319774600307273 · SechenovUniverskill@yandex.ru · Оферта · Политика конфиденциальности