CICLUL ACIDULUI CITRIC ( CICLUL KREBS ) CICLUL ACIDULUI CITRIC reprezinta o succesiune de reactii enzimatice care au drept rezultat producerea de energie prin degradarea glucidelor la nivelul mitocondriilor. Ciclul citric mai poarta numele de CICLUL KREBS, dupa numele (Hans Krebs) celuia care n 1937 a postulat existenta lui. Hans Krebs mpreuna cu Fritz Lipmann au primit premiul Nobel n 1953 pentru descoperirea ciclului citric si respectiv descoperirea Coenzimei A si a ciclului ATPului. De asemenea ciclul citric este cunoscut si sub numele de Ciclul acizilor tricarboxilici, avnd n vedere implicarea acestor acizi n ciclu.

MECANISMUL CHIMIC AL CICLULUI ACIDULUI CITRIC

ntregul echipament enzimatic al ciclului citric se gaseste n matricea mitocondriala cu exceptia succinat dehidrogenazei care este "ngropata", n membrana interna. Etapele ciclului sunt:

1) Sinteza citratului este o condensare aldolica dintre acetil-CoA si o cetona avnd ca intermediar citril-CoA care hidrolizeaza. Reactia este catalizata de citrat sintaza. Denumirea de sintaza este data unei enzime care catalizeaza o condensare aldolica. Alte condensari aldolice sunt catalizate de aldolaze (vezi glicoliza si fructozoliza). Att sintazele ct si aldolazele catalizeaza reactii cu formare de legaturi C C fara consum de ATP sau alt compus macroergic. Sintetazele catalizeaza reactii de condensare n care legaturile covalente se formeaza pe seama energiei furnizate de ATP sau alti nucleozid trifosfati.

2) Transformarea citratului n isocitrat se face prin intermediul compusului instabil cis-aconitat. n a doua etapa, prin hidratarea cis-aconitatului rezulta isocitrat. Pentru ambele reactii enzima este aconitaza. Daca aceasta reactie ar fi neenzimatica ar rezulta 4 stereoizomeri. Totusi, ntruct aconitaza este o enzima stereospecifica, aditia apei produce numai stereoizomerul (2R, 3S)-isocitrat. Ionul de Fe2+ joaca un rol deosebit n aceasta reactie, el formeaza cu citratul un chelat (complex intern) stabil. Acest chelat este necesar pentru activitatea enzimei. Doze mari de fluoruri, fac ca fluorul sa reactioneze cu acidul citric, implicat n ciclul Krebs, avnd drept urmare formarea acidului monofluorocitric care nemaiputnd participa la reactiile ciclului citric, ntrerupe ciclul, deci producerea de energie, consecinta este moartea celulei. De asemenea acidul monofluorocitric este un inhibitor puternic al aconitazei.

3) Transformarea izocitratului n cetoglutarat (aCG) elibereaza prima molecula de CO2 a ciclului. Enzima izocitrat dehi-drogenaza catalizeaza o reactie n doua etape avnd ca intermediar instabil oxalo-succinatul. Exista doua izoenzime ale izocitrat dehidrogenazei. Cea implicata n ciclul citric este NAD dependenta si se gaseste numai n matricea mitocondriala. Cealalta este NADP dependenta se gaseste att n matricea mitocondriala ct si n citosol, unde produce NADPH necesar proceselor anabolice.

4) Decarboxilarea oxidativa a aCG elibereaza cea de a doua molecula de CO2. Catalizator este complexul multienzimatic a-cetoglutarat-DH, similar complexului Pyr-DH. Acest complex este format din urmatoarele subunitati enzimatice: a-cetoglutarat dehidrogenaza (E1), dihidrolipoil transsuccinaza (E2) si dihidrolipoil dehidrogenaza (E3).

5) Conversia succinil-CoA n succinat Enzima, succinil-CoA sintetaza se mai numeste succinat tiokinaza n functie de sensul n care este citita reactia. Se stie ca la animale aceasta enzima foloseste GDP ca substrat iar la plante si bacterii foloseste ADP. Formarea cuplata a GTP (sau ATP) pe seama energiei eliberate prin decarboxilarea oxidativa a aCG este un exemplu de fosforilare la nivel de substrat. Fosforilarea la nivel de substrat implica enzime solubile pe cnd fosforilarea oxidativa implica enzime legate de membrana interna mitocondriala. Pe seama energiei legaturii tioesterice se produce direct o legatura macroergica fosfat. Simultan are loc fosforilarea ADP n reactie cu GTP: GTP + ADP ATP + GDP Pna n acest punct al ciclului s-au generat doua molecule de NADH si una de ATP (din GTP).

6) Dehidrogenarea succinatului este catalizata de succinat dehidrogenaza, o flavoproteina. Succinat-DH la eucariote este singura enzima a ciclului citric care este asociata adnc la membrana interna mitocondriala. Enzima contine cteva complexe [Fe-S] care intermediaza trecerea electronilor de la FADH2 la transportorii de electroni ai lantului respirator (vezi capitolul oxidarea biologica).

7) Hidratarea fumaratului cu formare de malat este catalizata de fumaraza. Fumaraza care are specificitate absoluta adica ea catalizeaza hidratarea fumaratului nu si a maleatului, izomerul cis al fumaratului. n sens invers fumaraza catalizeaza numai deshidratarea L-malatului nu si a D-malatului.

8) Oxidarea L-malatului cu refacerea oxalacetatului (OA) este catalizata de malat dehidrogenaza. Desi aceasta reactie este endergonica (DG = + 29,7 kJ/mol), ea este deplasata in vivo spre dreapta datorita ndepartarii rapide a produsilor de reactie, oxalacetatul n reactia 1 si NADH oxidat n latul respirator.

REGLAREA CICLULUI CITRIC Reglarea ciclului citric asigura producerea de intermediari si produsi astfel nct sa mentina starea de echilibru a celulelor si pentru a evita supraproductia neeconomica de metaboliti. Enzimele cheie ale ciclului citric sunt controlate aproape exclusiv pe 3 cai simple: A) disponibilitatea substratului B) inhibitia prin acumulare de produsi C) feed back negativ competitiv Cele 3 enzime cheie: (a) citrat sintaza (b) isocitrat dehidrogenaza (c) a-cetoglutarat dehidrogenaza.

Astfel, disponibilitatea substraturilor citrat sintazei (acetil-CoA si oxalacetatul, care este substrat si catalizator) variaza n functie de conditiile metabolice si uneori aceasta limiteaza viteza de formare a citratului. Pe de alta parte, NADH rezultat la oxidarea isocitratului si a a cetoglu-taratului (si malatului) se poate acumula n anumite conditii. Daca raportul [NADH]/[NAD+] din mitocondrie devine mare vitezele reactiilor de oxidare ale intermediarilor aratati se micsoreaza n conformitate cu legea actiunii maselor. n mod similar, oxidarea malatului este la echilibru n conditii fiziologice. De aceea atunci cnd raportul [NADH]/[NAD+] este crescut concentratia oxalacetatului este scazuta datorita deplasarii echilibrului reactiei catre malat. Din aceasta cauza este ncetinita prima reactie a ciclului datorita lipsei de disponibilitate a substratului, oxalacetatul.

Acumularea de produsi inhiba toate cele 3 etape limitatoare de viteza.Succinil-CoA inhiba complexul multienzimatic aCG-DH. Citratul blocheaza citrat sintaza iar produsul final ATP inhiba izocitrat-DH. Inhibitia sintazei de catre succinil-CoA este o reglare prin feed-back competitiv n care inhibitorul intra n competitie cu acetil-CoA la centrul activ al sintazei. Ionii de calciu activeaza printr-un mecanism alosteric izocitrat-DH, si aCG-DH dar si complexul multienzimatic Pyr-DH. n concluzie, concentratiile intermediarilor ciclului citric regleaza fluxul metabolic al ciclului astfel nct acesta sa furnizeze ATP si NADH pentru mentinerea lor la concentratii optime indiferent de intensitatea lantului de oxidare biologica.