Z Cykl kwasu cytrynowego to cykl reakcji biochemicznych, który służy do rozkładu substancji organicznych. Proces ten jest wbudowany w ogólny metabolizm i przejmuje około połowy produkcji energii. Jeśli cykl kwasu cytrynowego jest zaburzony, może wystąpić choroba mitochondrialna.
Jaki jest cykl kwasu cytrynowego?
Cykl kwasu cytrynowego jest szlakiem metabolicznym i jako taki odgrywa ważną rolę w metabolizmie komórek. On też Cykl kwasu cytrynowego nazywany i odpowiada cyklowi reakcji biochemicznych. Centrum cyklu kwasu cytrynowego to utlenianie, podczas którego substancje są rozkładane przez uwolnienie elektronów.
W ten sposób substancje organiczne są rozkładane w cyklu kwasu cytrynowego, aby móc dostarczyć produkty pośrednie do biosyntezy. U istot żywych, których komórki mają jądro, cykl kwasu cytrynowego zachodzi w macierzy mitochondrialnej komórek. We wszystkich innych żywych istotach znajduje się w cytoplazmie.
Jeśli cykl kwasu cytrynowego przebiega w odwrotnej kolejności, nazywa się go redukcyjnym cyklem kwasu cytrynowego. Taki redukcyjny cykl kwasu cytrynowego zachodzi na przykład przy asymilacji węgla w organizmie różnych bakterii.
Cykl kwasu cytrynowego swoją nazwę zawdzięcza cytrynianowi, znanemu jako anion kwasu cytrynowego. Hans A. Krebs jako pierwszy opisał cykl kwasu cytrynowego, tak więc cykl ten jest również nazywany cyklem Krebsa.
Funkcja i zadanie
Cykl kwasu cytrynowego dostarcza organizmowi półproduktów do budowy składników organicznych. Ponadto dostarcza ludziom energię bezpośrednio i pośrednio w postaci biochemicznej. Szlaki rozpadu metabolizmu białek, tłuszczów i węglowodanów spotykają się w cyklu kwasu cytrynowego w postaci aktywowanego kwasu octowego.
Kiedy cukry, tłuszcze i aminokwasy są rozkładane, acetylo-CoA tworzy się jako produkt pośredni. Ten acetylo-CoA jest rozkładany na CO2 i H2O w cyklu kwasu cytrynowego. Pierwszym krokiem jest kondensacja. Cząsteczka C-2 z acetylo-CoA jest kondensowana razem z cząsteczką C-4 do cytrynianu, czyli do cząsteczki C-6. Ten cytrynian C-6 jest teraz rozbity. Degradacja zachodzi z podwójnym uwolnieniem CO2 i tworzy bursztynian związku C-4. Następnie następuje dwuetapowe utlenianie. Związek C-4 staje się szczawiooctanem i może rozpocząć się nowy cykl.
Po każdym cyklu jest reszta acetylowa, czyli jeszcze jedna cząsteczka C-2. Każda cząsteczka CO2 opuszcza cykl. Jedna cząsteczka C-4 jest zużywana podczas tworzenia jednej cząsteczki C-6. Dopiero po zakończeniu krążenia można go przywrócić. Po zakończeniu cyklu octan jest utleniany do wody i dwutlenku węgla. Poszczególne etapy reakcji zachodzą poprzez uwodnienie, odwodnienie, odwodnienie i dekarboksylację.
Biorąc pod uwagę wszystkie gałęzie cyklu kwasu cytrynowego, można mówić o usieciowaniu tego cyklu z całym metabolizmem. Cykl służy więc również do przygotowania anabolicznych szlaków metabolicznych. Tylko cztery odwodnienia alfa-ketoglutaranu, izocytrynianu, jabłczanu i bursztynianu dostarczają energii. Ta dostawa energii jest spowodowana utlenianiem, któremu podlega HCO2 w ramach łańcucha oddechowego. Energia ta jest wymagana w łańcuchu oddechowym jako część fosforylacji oksydacyjnej w celu wytworzenia ATP z difosforanu adenozyny.
Dlatego utlenianie w cyklu kwasu cytrynowego jest ściśle związane z zachowaniem energii w łańcuchu oddechowym. Dlatego około połowa wszystkich reakcji na produkcję energii zachodzi w metabolizmie poprzez cykl kwasu cytrynowego.
Choroby i dolegliwości
Wady rozwojowe i uszkodzenia mitochondriów są również nazywane mitochondriopatiami. Przy takich wadach cykl kwasu cytrynowego nie może przebiegać w zwykłym zakresie. Energia nie jest już dostępna w wystarczających ilościach w postaci ATP. Dlatego pacjenci czują się słabi, zmęczeni i wyczerpani.
Patologie mitochondrialne mogą być dziedziczone lub nabyte przez wpływy środowiska. Często istnieje związek między tymi dwoma formami. Na przykład postać odziedziczona często pozostaje bez objawów, dopóki wpływ środowiska nie zainicjuje wybuchu choroby.
Niedostateczne zaopatrzenie komórek w energię jest dziś uważane za możliwą przyczynę różnych chorób neurodegeneracyjnych. Nowotwory i choroby sercowo-naczyniowe są obecnie również związane z zaburzeniem metabolizmu komórkowego w sensie szlaku mitochondialnego.
W zależności od tego, które procesy są zaburzone w mitochondriach, mówimy o różnych patologiach mitochondrialnych. Jeśli na przykład rozpad pirogronianu zostanie zakłócony, spalanie glukozy nie może już przebiegać w wystarczającym stopniu, a końcowy produkt spalania glukozy, czyli glikoliza, nie może migrować do cyklu kwasu cytrynowego. Najczęściej zjawisko to poprzedzone jest mutacją w dziedziczeniu semidominującym sprzężonym z chromosomem X.
Jednak mogą również występować patologie mitochondrialne, które mają inny wpływ na cykl kwasu cytrynowego. Acetylo-CoA jest dalej przetwarzany w cyklu glikolizy. Jest to przedostatni etap spalania węglowodanów, który ma miejsce przed łańcuchem oddechowym. Jeśli ten proces zostanie zakłócony, przyczyną może być brak dehydrogenazy ketoglutaranu, na przykład niedobór enzymu. Możliwą przyczyną może być również brak fumarazy.
Patologie mitochondrialne wyrażają się w przeciążeniu kwasem mlekowym, co z kolei jest spowodowane nagromadzeniem pirogronianu przed cyklem kwasu cytrynowego. Objawy to zwykle dolegliwości mięśniowe i neurologiczne. Patologie mitochondrialne różnią się liczbą zmutowanych mitochondriów, ale zwykle postępują szybko. Obecnie nie ma dostępnych metod leczenia przyczynowego jako środków terapeutycznych, a jedynie leczenie objawowe.
