Цикъл на Кребс. Митохондрии

Цикъл на Кребс (цикъл на лимонената киселина) се наричат поредица от биохимични реакции, които протичат в митохондриите на клетката. Те представляват постгликолитичен етап на клетъчното дишане, който е характерен за аеробните организми. При цикъла на Кребс пирогроздената киселина, получена в резултат на процеса гликолиза, се преработва до оксалоцетна киселина.

По време на взаимодействията се наблюдава редукция на НАД+ (никотинамид-аденин-динуклеотид) до НАДН₂. Полученият водород по-късно се транспортира и свързва с кислород, при което се отделя и акумулира енергия под формата на АТФ (аденозинтрифосфат). Като страничен продукт от цикъла на Кребс се отделя и въглероден диоксид.

Митохондрии

Митохондриите са клетъчни органели с овална форма. Отвън имат две мембрани – вътрешна и външна. Между двете се затваря междумембранно пространство. Мембраните обграждат вътрешността на митохондрия, която носи названието матрикс. Вътрешната мембрана има множество вгъвания в матрикса, които се наричат кристи. Количеството на кристите е в пряка зависимост от енергийните нужди на клетката.

Устройство на митохондрий – микроскопска снимка

Всички митохондрии имат в матрикса си свои ДНК, РНК и рибозоми и могат да се делят независимо от клетката, в която се намират. Митохондриалната ДНК представлява кръгови молекули и се предава на децата само от майката. В кристите на тези органели има и голям набор от протеинови и ензимни комплекси, които участват в преноса на електрони и окислителното фософорилиране.

Главната функция на всеки митохондрий е да служи като енергийна централа за клетката, в която се намира. Освен това митохондриите вземат участие в клетъчната диференциация, клетъчното очистване, клетъчната смърт (апоптоза) и други процеси. Броят им в различните по вид клетки зависи от функцията на самите клетки. Еритроците например не се нуждаят от митохондрии, а мускулните и половите клетки са изключително богати на тях.

Една от най-правдоподобните хипотези за произхода на митохондриите е, че са се появили в резултат на ендосимбиоза между прокариоти и еукариотни организми. Смята се, че древни бактерии от даден вид са попадали чрез ендоцитоза в древни еукариоти. Те най-вероятно са проявили някакъв вид резистентност и вместо да бъдат смляни за храна, са започвали взаимоизгодно съществуване с клетката гостоприемник. Доказателства за това са двете мембрани и тяхната структура, наличието на собствена пръстеновидна ДНК, способността за самостоятелно делене и др.

Цикъл на Кребс (цикъл на лимонената киселина)

В матрикса на митохондриите протичат катаболитни окислителни процеси познати под названията цикъл на Кребс или още цикъл на лимонената киселина. Той е биохимичен кръговрат характерен за аеробните организми и протича след процеса гликолиза.

За изходен продукт в цикъла на Кребс клетките използват пирогроздената киселина от цитоплазмата. Нейната предварителна подготовка включва дехидрогениране с помощта на НАД+ и окислително декарбоксилиране с участието на коензим А. Формиралата се оцетна киселина (от пирогроздената) ацилира коензима, при което се получава ацетилкоензим А.

Цикъл на Кребс (цикъл на лимонената киселина)

Ацетилкоензим А в митохондриалния матрикс взаимодейства с оксалоцетната киселина и вода, коензим А се отделя, а получената лимонена киселина навлиза в следващите етапи от цикъла на Кребс. След това тя на свой ред се изомеризира до изолимонена киселина. Последната с помощта на НАД+ се дехидрогенира и декарбоксилира до α-кетоглутарова киселина.

На следващата стъпка от цикъла на Кребс отново се наблюдава декарбоксилиране и дехидрогениране с участието на НАД+. Новополученият метаболит е янтарна киселина. Тя също губи водород, но този път с помощта на ФАД+. Получената фумарова киселина реагира с вода и се отделя като продукт ябълчна киселина.

Ябълчената киселина отново влиза в дехидрогениране с НАД+ и резултът е оксалоцетна киселина. Така описаният цикъл на Кребс се затваря, когато оксалоцетната киселина встъпи отново във взаимодействие с ацетилкоензим А.

Процесите описани в целия цикъл на Кребс са катаболитни по своята природа и могат условно да се разделят на три групи: 1.) подготвителни 2.) дехидрогениране – водородът се свързва с НАД+ до НАДН₂ 3.) декарбоксилиране – отделя се въглероден диоксид. Полученият НАДН₂ се използва впоследствие от дихателните вериги при окислителното фосфорилиране.