Trikarboksyylihappokierto (Krebsin sykli)

Trikarboksyylihapposykli sen löysi ensimmäisenä englantilainen biokemisti G. Krebs. Hän esitti ensimmäisenä tämän syklin merkityksen pyruvaatin täydelliselle palamiselle, jonka päälähde on glykolyyttinen konversio. hiilihydraatteja. Myöhemmin osoitettiin, että sykli trikarboksyyli hapot on keskus, jossa lähes kaikki aineenvaihduntareitit yhtyvät. Tällä tavalla, Krebsin sykli- yhteinen loppupolku hapettumista asetyyli ryhmiä (asetyyli-CoA:n muodossa), joiksi se muuttuu prosessissa katabolia suurin osa luomutuotteista molekyylejä, joka näyttelee "solujen polttoainetta»: hiilihydraatteja, rasvahapot ja aminohappoja.

Muodostunut hapettumisen seurauksena dekarboksylaatio pyruvaatti sisällä mitokondriot asetyyli-CoA tulee sisään Krebsin sykli. Tämä sykli tapahtuu matriisissa mitokondriot ja koostuu kahdeksasta peräkkäisiä reaktioita(Kuva 10.9). Kierto alkaa asetyyli-CoA:n lisäämisellä oksaloasetaattiin ja muodostuksella sitruunahappo (sitraatti). Sitten sitruunahappoa(kuuden hiilen yhdiste) sarjalla dehydraus(viedä pois vety) ja kaksi dekarboksylaatiot(CO 2:n pilkkoutuminen) menettää kaksi hiiltä atomi ja taas sisään Krebsin sykli muuttuu oksaloasetaatiksi (neljähiiliyhdisteeksi), ts. syklin täyden kierroksen seurauksena molekyyli asetyyli-CoA palaa CO 2:ksi ja H 2 O:ksi ja molekyyli oksaloasetaatti regeneroituu. Harkitse kaikkia kahdeksaa peräkkäisiä reaktioita(Tasot) Krebsin sykli.

Riisi. 10.9.Trikarboksyylihapposykli (Krebsin sykli).

Ensimmäinen reaktio katalysoi entsyymi sit-rat-synthase, kun asetyyli asetyyli-CoA-ryhmä kondensoituu oksaloasetaatin kanssa, jolloin muodostuu sitruunahappoa:

Ilmeisesti tässä reaktiot liittyvä entsyymi Citril-CoA. Sitten jälkimmäinen hydrolysoituu spontaanisti ja peruuttamattomasti muodostaen sitraatti ja HS-KoA.

Toisen seurauksena reaktiot muodostettu sitruunahappoa kuivuu ja muodostuu cis-akoniittia hapot, joka lisäämällä molekyyli vettä, menee isositrihappo(isositraatti). Katalysoi näitä palautuvia reaktiot nesteytys-dehydraatio entsyymi akonitaattihydrataasi (akonitaasi). Tämän seurauksena H:n ja OH:n keskinäinen liike sisään molekyyli sitraatti:

Kolmanneksi reaktio näyttää rajoittavan nopeutta Krebsin sykli. isositrihappo dehydrattu NAD-riippuvaisen isositraattidehydrogenaasin läsnä ollessa.

Isositraattidehydrogenaasin aikana reaktiot isositrihappo samanaikaisesti dekarboksyloitu. NAD-riippuvainen isositraattidehydrogenaasi on allosteerinen entsyymi, joka erityisenä aktivaattori tarvittu ADP. Sitä paitsi, entsyymi ilmaisemaan sinun toiminta tarvitsee ioneja Mg2+ tai Mn2+.

Neljännen aikana reaktiotα-ketoglutaarin oksidatiivinen dekarboksylaatio hapot korkeaenergisen yhdisteen sukkinyyli-CoA muodostumisen kanssa. Tämän mekanismi reaktiot samanlainen kuin se reaktiot hapettava dekarboksylaatio pyruvaatti asetyyli-CoA:ksi, α-ketoglmuistuttaa rakenteeltaania. Sekä yhdessä että toisessa tapauksessa reaktiot osallistu 5 koentsyymejä: TPP, amidi lipoiinihappo, HS-KoA, FAD ja NAD+.

Viides reaktio katalysoi entsyymi sukkinyyli-CoA-syntetaasi. Tämän aikana reaktiot sukkinyyli-CoA, johon osallistuvat GTP ja epäorgaaninen fosfaatti muuttuu meripihkahappo (sukkinaatti). Samaan aikaan GTP:n korkeaenergisen fosfaattisidoksen muodostuminen tapahtuu sukkinyyli-CoA:n korkeaenergisen tioeetterisidoksen vuoksi:

Tämän seurauksena kuudes reaktiot sukkinaatti kuivattu osaksi fumaarihappo. Hapetus sukkinaatti katalysoi sukkinaattidehydrogenaasi, sisään molekyyli josta lähtien proteiinia lujasti (kovalenttisesti) sidottu koentsyymi VILLITYS. puolestaan sukkinaattidehydrogenaasi liittyy vahvasti sisäiseen mitokondrioon kalvo:

seitsemäs reaktio tehty vaikutuksen alaisena entsyymi fumaraattihydrataasi ( fumaraasit). Muodostunut samaan aikaan fumaarihappo hydratoitu tuote reaktiot On Omenahappo(malaatti). On huomattava, että fumaraattihydrataasilla on stereospesifisyys(katso luku 4) – aikana reaktiot L-omena muodostuu happoa:

Lopulta kahdeksannen aikana reaktiot trikarboksyylihapposykli mitokondrioiden NAD-riippuvaisen vaikutuksen alaisena malaattidehydrogenaasi menossa hapettumista L-malaatista oksaloasetaatiksi:

Kuten voidaan nähdä, yhdessä kierroksen kierrossa, joka koostuu kahdeksasta entsymaattisesta reaktiot, saattaa loppuun hapettumista("palaminen") yhden molekyylejä asetyyli-CoA. Syklin jatkuvaan toimintaan tarvitaan jatkuva asetyyli-CoA:n syöttö järjestelmään ja koentsyymejä(NAD + ja FAD), jotka ovat siirtyneet pelkistettyyn tilaan, on hapetettava uudestaan ​​​​ja uudestaan. se hapettumista suoritetaan kantajajärjestelmässä elektroneja sisään hengitysketju(sisään hengitysketju entsyymejä) lokalisoitu kalvo mitokondriot. Tuloksena oleva FADH 2 liittyy vahvasti SDH:han, joten se lähettää atomeja vety KoQ:n kautta. vapautuu seurauksena hapettumista asetyyli-CoA-energia on suurelta osin keskittynyt makroergisiin fosfaattisidoksiin ATP. Alkaen 4 höyryä atomeja vety 3 parit siirtää NADH kuljetusjärjestelmään elektroneja; samalla kun lasket jokaiseen pari biologisessa järjestelmässä hapettumista muodostettu 3 molekyylejä ATP(konjugoidun aikana ), ja näin ollen yhteensä 9 molekyylejä ATP(katso luku 9). Yksi pari atomeja sukkinaattidehydrogenaasi-FADH 2 joutuu kuljetusjärjestelmään elektroneja KoQ:n kautta, jolloin tuloksena on vain 2 molekyylejä ATP. Aikana Krebsin sykli yksi on myös syntetisoitu molekyyli GTP (substraatti fosforylaatio), joka vastaa yhtä molekyyli ATP. Joten, klo hapettumista yksi molekyylejä asetyyli-CoA sisään Krebsin sykli ja järjestelmä oksidatiivinen fosforylaatio voi muodostaa 12 molekyylejä ATP.

Jos laskemme glykolyyttisen pilkkoutumisen kokonaisenergiavaikutuksen glukoosi ja sen jälkeen hapettumista kaksi nousemassa molekyylejä pyruvaatti CO 2:ksi ja H 2 O:ksi, silloin se on paljon suurempi.

Kuten todettu, yksi molekyyli NADH (3 molekyylejä ATP) muodostuu hapettumisen aikana dekarboksylaatio pyruvaatti asetyyli-CoA:ksi. Kun jaetaan yksi molekyylejä glukoosi muodostettu 2 molekyylejä pyruvaatti ja hapettumista jopa 2 molekyylejä asetyyli-CoA ja sitä seuraavat 2 kierrosta trikarboksyylihapposykli syntetisoitu 30 molekyylejä ATP(Tämän seurauksena hapettumista molekyylejä pyruvaatti CO 2:ksi ja H20:ksi antaa 15 molekyylejä ATP). Tähän numeroon on lisättävä 2 molekyylejä ATP muodostuu aerobisen aikana glykolyysi, ja 6 molekyylejä ATP, syntetisoi hapettumista 2 molekyylejä ekstramitokondriaalinen NADH, joka muodostuu aikana hapettumista 2 molekyylejä glyseraldehydi-3-fosfaatti dehydrogenaasissa reaktiot glykolyysi. Siksi, kun jaetaan kudoksia yksi molekyylejä glukoosi yhtälön C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O mukaisesti 38 syntetisoidaan molekyylejä ATP. Epäilemättä energian suhteen täydellinen halkeilu glukoosi on tehokkaampi prosessi kuin anaerobinen glykolyysi.

On huomattava, että 2 molekyylejä NADH tulevaisuudessa hapettumista ei voi antaa 6 molekyylejä ATP, mutta vain 4. Tosiasia on, että he itse molekyylejä ekstramitokondriaaliset NADH:t eivät pysty tunkeutumaan läpi kalvo sisällä mitokondriot. Kuitenkin ne antavat elektroneja voidaan sisällyttää biologisten mitokondrioiden ketjuun hapettumista käyttämällä ns. gly(kuva 10.10). Sytoplasminen NADH reagoi ensin sytoplasmisen dihydroksiasetonifosfaatin kanssa muodostaen glyseroli-3-fosfaattia. Reaktio katalyysi

Riisi. 10.10. Glyserolifosfaattisukkulamekanismi. Selitys tekstissä.

sitä säätelee NAD-riippuvainen sytoplasminen glyseroli-3-fosfaattidehydrogenaasi:

Dihydroksiasetonifosfaatti + NADH + H +<=>Glyseroli-3-fosfaatti + NAD +.

Tuloksena oleva glyseroli-3-fosfaatti tunkeutuu helposti mitokondrioiden läpi kalvo. Sisällä mitokondriot toinen (mitokondriaalinen) glyseroli-3-fosfaattidehydrogenaasi (flaviini entsyymi) hapettaa glyseroli-3-fosfaatin uudelleen dihydroksiasetonifosfaatiksi:

Glyseroli-3-fosfaatti + FAD<=>Dihydroksiasetonifosfaatti + FADH 2.

palautettu flavoproteiini(entsyymi-FADH 2) tuo hänen hankkimansa KoQ:n tasolla elektroneja biologiseen ketjuun hapettumista ja liittyy siihen oksidatiivinen fosforylaatio ja dihydroksiasetonifosfaattia tulee ulos mitokondriot sisään sytoplasma ja voi jälleen olla vuorovaikutuksessa sytoplasmisen NADH+H+:n kanssa. Tällä tavalla, pari elektroneja(yhdestä molekyylejä sytoplasminen NADH + H +), viedään sisään hengitysketju käyttämällämia, ei anna 3, vaan 2 ATP.

Riisi. 10.11. Malaatti-aspartaattisukkulajärjestelmä pelkistysekvivalenttien siirtämiseksi sytosolisesta NADH:sta mitokondriomatriisiin. Selitys tekstissä.

Myöhemmin osoitettiin, että tätä sukkulamekanismia käytetään vain luurankolihaksissa ja aivoissa siirtämään vähentyneet ekvivalentit sytosolisesta NADH + H +:sta mitokondriot.

AT soluja maksa, munuaiset ja sydän, monimutkaisempi malaatti-partaattisukkulajärjestelmä toimii. Tällaisen sukkulamekanismin toiminta tulee mahdolliseksi läsnäolon vuoksi malaattidehydrogenaasi ja aspartaattiaminotransferaasit sekä sytosolissa että sisällä mitokondriot.

Havaittiin, että sytosolisesta NADH + H + pelkistettiin ekvivalentteja, ensin osallistumalla entsyymi malaattidehydrogenaasi(Kuva 10.11) siirretään sytosoliseen oksaloasetaattiin. Tämän seurauksena muodostuu malaattia, joka kuljettaa järjestelmän avulla dikarboksyylihapot, kulkee sisäpuolen läpi kalvo mitokondriot matriisiin. Tässä malaatti hapettuu oksaaliasetaatiksi ja matriisi NAD + pelkistyy NADH + H +:ksi, joka voi nyt siirtää sen elektroneja sisään hengitysketju entsyymejä, lokalisoitu sisäpuolelle kalvo mitokondriot. Tuloksena oleva oksaloasetaatti puolestaan ​​​​glutamaatin ja glutamaatin läsnä ollessa entsyymi ASAT osallistuu reaktio transaminaatio. Tuloksena oleva aspartaatti ja α-ketoglutaraatti pystyvät kulkeutumaan erityisten kuljetusjärjestelmien avulla kalvo mitokondriot.

Kuljetus sytosolissa regeneroi oksaloasetaatin, joka laukaisee seuraavan syklin. Yleensä prosessi sisältää helposti palautuvan reaktiot, tapahtuu ilman energiankulutusta, sen "käyttövoima" on vakio elpyminen NAD + sytosolissa glyseraldehydi-3-fosfaatilla, joka muodostuu aikana katabolia glukoosi.

Joten jos malaatti-aspartaattimekanismi toimii, niin täydellisen tuloksena hapettumista yksi molekyylejä glukoosi ei voi olla 36, ​​vaan 38 molekyylejä ATP(Taulukko 10.1).

Taulukossa. 10.1 annetaan reaktiot, jonka aikana tapahtuu korkeaenergisten fosfaattisidosten muodostumista katabolia glukoosi, joka osoittaa prosessin tehokkuuden aerobisissa ja anaerobisissa olosuhteissa

Venäjän federaation opetusministeriö

Samaran osavaltion tekninen yliopisto

Orgaanisen kemian laitos

Tiivistelmä aiheesta:

"TRIKABOKSIHAPPOJEN SYKLI (KREBS-SYKLI)"

Opiskelijan suorittama: III - NTF - 11

Eroshkina N.V.

Tarkistettu.

Anaerobisen käymisen prosessit olivat kaikkien elävien olentojen pääasiallinen energialähde niinä aikoina, jolloin maapallon ilmakehässä ei ollut happea. Sen ulkonäkö avasi täysin uusia mahdollisuuksia energian saamiseen. Happi on hyvä hapetin, ja orgaanisten aineiden hapettuessa vapautuu kymmenen kertaa enemmän energiaa kuin käymisen aikana. Joten glukoosin C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + 6CO 2 hapettumisen aikana vapautuu 686 kcal per mooli, kun taas maitohappokäymisen reaktiossa vain 47 kcal per mooli.

Luonnollisesti solut alkoivat hyödyntää avautuneita mahdollisuuksia. ATP-synteesi aerobisissa olosuhteissa on paljon tehokkaampaa kuin anaerobinen synteesi: jos 2 ATP-molekyyliä muodostuu yhden glukoosimolekyylin käytön aikana käymisprosessien aikana, niin oksidatiivisen fosforylaation aikana - noin 30 (vanhojen tietojen mukaan - 38). Puhumme lisää energiatasapainosta oppitunnilla 12.

Erilaiset orgaaniset aineet käyvät läpi oksidatiivisia muutoksia - aminohappojen, sokereiden, rasvahappojen jne. aineenvaihdunnan välituoteaineenvaihduntatuotteita. Olisi epäloogista luoda jokaiselle oma aineenvaihduntareittinsä. On paljon kätevämpää hapettaa ensin kaikki nämä aineet yhdellä, yhtenäisellä hapettimella ja sitten hapettaa tuloksena saatu pelkistetty muoto tällaisesta "universaalista hapettimesta" hapella. Nikotiiniamidiadeniinidinukleotidia, NAD:ta, käytetään tämän universaalina redox-välituotteena solussa; puhuimme tästä yhdisteestä jo oppitunnissa 10. Kuten oppitunnissa 10 osoitettiin, tämä aine voi esiintyä kahdessa muodossa: hapettuneena NAD + ja pelkistyneenä NAD∙H. Ensimmäisen muodon muuntaminen toiseksi vaatii kahden elektronin ja yhden H+-ionin syöttämisen.

Järjestelmä toimii redox-sukkulana, joka siirtää elektroneja erilaisista orgaanisista aineista happeen: ensimmäisessä vaiheessa NAD + ottaa elektroneja orgaanisista aineista ja hapettaa ne lopulta CO 2:ksi ja H 2 O:ksi (ei tietenkään yhdessä vaiheessa, vaan lukuisten väliyhteyksien kautta); toisessa vaiheessa happi hapettaa ensimmäisessä vaiheessa muodostuneen NAD∙H:n ja palauttaa sen takaisin hapettuneeseen tilaan.

Joten yleisimmässä muodossa eri aineiden hajoamisreaktioiden joukko aerobisissa olosuhteissa (eli hapen läsnä ollessa) voidaan esittää seuraavasti:

1)	orgaaniset yhdisteet +
2)

Ensimmäisen vaiheen reaktiot tapahtuvat joko sytoplasmassa tai mitokondrioissa, kun taas toisen vaiheen reaktiot tapahtuvat vain mitokondrioissa. Tällä oppitunnilla tarkastelemme vain ensimmäisen ryhmän reaktioita, toisen ryhmän reaktioita tutkitaan 12. oppitunnilla.

Solussa on toinen koentsyymi - FAD (flaviiniadeniinidinukleotidi) - joka toimii myös redox-sukkulana, mutta jota käytetään harvemmissa reaktioissa kuin NAD; se syntetisoidaan B2-vitamiinista - riboflaviinista.

Tarkastellaan tiettyjä aineenvaihduntareittejä - glukoosin ja rasvahappojen oksidatiivista muuntamista. Aerobinen glykolyysi alkaa samoilla reaktioilla kuin anaerobinen glykolyysi, jota olemme jo tarkastelleet (katso oppitunti 10). Prosessin viimeiset vaiheet etenevät kuitenkin eri tavalla. Anaerobista glykolyysiä suoritettaessa solu kohtasi ongelman: mitä tehdä pelkistyneelle NAD∙H:lle, joka muodostuu glyseraldehydi-3-fosfaattidehydrogenaasireaktion aikana? Jos se ei hapetu takaisin NAD +:ksi, prosessi pysähtyy nopeasti, joten anaerobisessa glykolyysissä viimeinen reaktio - laktaattidehydrogenaasi - vain palautti tämän koentsyymin alkuperäiseen muotoonsa. Aerobisissa olosuhteissa tällaista ongelmaa ei ole. Päinvastoin, happiaineenvaihdunnassa NAD∙H toimii arvokkaimpana energialähteenä - erityinen kantajajärjestelmä kuljettaa sen sytosolista mitokondrioihin, missä se hapetetaan ja ATP syntetisoituu tämän energian ansiosta.

Kun glykolyysi tapahtuu aerobisissa olosuhteissa, palorypälehappo ei pelkisty, vaan se kuljetetaan mitokondrioihin ja hapettuu. Ensin se muuttuu etikkahappojäännökseksi, asetyyliksi, joka on kovalenttisesti kiinnittynyt erityiseen koentsyymiin - niin kutsuttuun koentsyymi A:han.

Tämän peruuttamattoman reaktion suorittaa mitokondrioentsyymi pyruvaattidehydrogenaasi, joka hapettaa palorypälehapon asetyylikoentsyymi A:ksi vapauttamalla hiilidioksidia. Tämä entsyymi sisältää useita työhönsä välttämättömiä koentsyymejä: tiamiinipyrofosfaattia (muodostuu B 1 -vitamiinista - tiamiinista), lipoiinihappoa (käytetään joskus terveyttä edistävänä ravintolisänä) ja FAD (kirjoitimme siitä jo edellä). Se on erittäin monimutkainen proteiini, joka koostuu monista alayksiköistä, sen molekyylipaino on useita miljoonia daltonia.

Koentsyymi A, johon asetyylitähde on kiinnittynyt, syntetisoidaan pantoteenihaposta, joka on myös vitamiini (B5-vitamiini). Asetyylikoentsyymi A on makroerg, joka on yhtä runsaasti energiaa kuin ATP (katso oppitunti 9).

Pyruvaattidehydrogenaasilla on tärkeä rooli aerobisen glukoosin katabolian säätelyssä. NAD∙H ja sen lopputuotteet asetyyli-CoA estävät tätä entsyymiä negatiivisella palautetavalla. Säätely suoritetaan käyttämällä monimutkaista mekanismia, joka sisältää sekä tämän proteiinin allosterian että kovalenttisen modifikoinnin. Myös rasvahapot estävät tätä entsyymiä. Rasvahapot ovat kaloripitoisempi energianlähde, ja lisäksi ne ovat vähemmän arvokkaita synteettisten prosessien suorittamiseen solussa, joten se on sekä glukoosin (siitä muodostuu pyruvaattia) että rasvahappojen läsnä ollessa. kannattaa ensin hapettaa rasvahapot.

Sitten asetyylikoentsyymi A hapetetaan CO 2:ksi ja H 2 O:ksi prosessissa, jota kutsutaan Krebsin sykliksi (G. Krebsin kunniaksi, joka kuvasi sen ensimmäisen kerran vuonna 1937).

Krebsin syklin päärooli solun energia-aineenvaihdunnassa on saada pelkistettyjä koentsyymejä NAD∙H ja FAD∙H 2, jotka sitten hapetetaan hapen vaikutuksesta ATP:n syntetisoimiseksi ADP:stä ja fosfaatista (käsittelemme tätä prosessia oppitunnilla 12). Koentsyymien palautuminen saavutetaan hapettamalla etikkahappojäännös täydellisesti CO 2:ksi ja H 2 O:ksi.

Kierto alkaa etikkahappojäännöksen siirtymisellä asetyyli-CoA:sta oksaloetikkahappoon (neutraalissa ympäristössä tämä on oksaloasetaatti-ioni), jonka seurauksena muodostuu sitruunahappoa (tarkemmin sitraatti-ioni) ja koentsyymi A vapautuu. Sitraattisyntaasientsyymi katalysoi tätä reaktiota, ja se on peruuttamaton.

Tässä vaiheessa mukana olevissa orgaanisissa hapoissa on kolme karboksyyliryhmää, joskus koko sykliä kutsutaan "trikarboksyylihapposykliksi", mutta tämä nimi on valitettava - jo seuraavassa vaiheessa yksi karboksyyliryhmä menetetään. Siksi sykliä kutsutaan usein "trikarboksyyli- ja dikarboksyylihapposykliksi".

Molemmissa tapauksissa vapautuu hiilidioksidia, hapettava aine NAD + pelkistyy NAD ∙ H:ksi ja lyhennetty happojäännös lisätään koentsyymiin A. A. α-ketoon yhtä irreversiibeli kuin pyruvaattidehydrogenaasi. ja sitä katalysoiva entsyymi sisältää samoja koentsyymejä.

Reaktiotuote sukkinyylikoentsyymi A on yhtä energiarikas kuin asetyylikoentsyymi A. Olisi typerää haihduttaa tätä energiaa lämmöksi, eikä solu salli tällaista hukkaa. Sukkinyyli-CoA ei pelkästään hydrolysoitu meripihkahapoksi (tarkemmin sukkinaatti-ioniksi) ja koentsyymi A:ksi, vaan tämän reaktion aikana GTP syntetisoituu GDP:stä ja fosfaatista, ja GTP on yhtä makroerginen kuin ATP.

Meripihkahappo hapettuu edelleen. Sen hapettava aine ei kuitenkaan ole tavallinen NAD +, vaan toinen koentsyymi - FAD. Luonto ei käyttänyt tätä koentsyymiä lainkaan Krebsin sykliä opiskelevien opiskelijoiden ja koululaisten elämän myrkytykseen. Tosiasia on, että meripihkahapossa erittäin inertti ryhmä -CH2-CH2- hapetetaan. Muista orgaanisen kemian kulku - alkaanit ovat yleensä hieman reaktiivisia alkoholeihin ja aldehydeihin verrattuna, niitä on paljon vaikeampi hapettaa. Myös tässä solu pakotetaan käyttämään vahvempaa flaviinihapetinta, ei tavallista nikotiiniamidia. Samaan aikaan meripihkahappo muuttuu fumaarihapoksi, reaktiota kiihdyttää entsyymi sukkinaattidehydrogenaasi.

Syklin viimeinen reaktio on omenahapon hapetus oksaloetikkahapoksi, tunnettu NAD + toimii hapettavana aineena ja reaktiota katalysoi malaattidehydrogenaasientsyymi.

Tuloksena saadut NAD∙H ja FAD∙H2 hapetetaan sitten mitokondrioissa, jolloin saadaan energiaa ATP-synteesiin. Krebsin sykli tuottaa myös 1 molekyylin GTP:tä, energiaa sisältävää yhdistettä, joka pystyy siirtämään fosfaattijäännöksen ADP:hen ja muodostamaan ATP:tä. Oksaloetikkahappomolekyyli poistuu syklistä ilman muutoksia - se toimii asetyylikoentsyymi A:n hapettumisen katalysaattorina ja palaa itse alkuperäiseen tilaan jokaisen kierron kierroksen lopussa. Krebsin syklin entsyymit sijaitsevat mitokondriomatriisissa (paitsi sukkinaattidehydrogenaasia, se sijaitsee mitokondrioiden sisäkalvolla).

Krebsin syklissä säädellään useita entsyymejä kerralla. NAD∙H, syklin lopputuote, estää isositraattidehydrogenaasia ja aktivoi ADP, energiankulutuksen aikana muodostuva aine. Malaattidehydrogenaasireaktion palautuvuudella on myös tärkeä rooli syklin säätelyssä. Suurilla NAD∙H-pitoisuuksilla tämä reaktio etenee oikealta vasemmalle kohti malaatin muodostumista. Tämän seurauksena oksaloasetaatin pitoisuus laskee ja sitraattisyntaasireaktion nopeus laskee. Saatua malaattia voidaan käyttää muissa aineenvaihduntaprosesseissa. ATP estää myös sitraattisyntaasin allosteerisesti. α-ketoglutaraattidehydrogenaasin aktiivisuus on myös säädelty.

Krebsin sykli osallistuu glukoosin lisäksi myös rasvahappojen ja aminohappojen oksidatiivisiin muutoksiin. Ulkokalvon läpi tunkeutumisen jälkeen rasvahapot aktivoituvat ensin sytoplasmassa lisäämällä koentsyymi A:ta, kun taas kaksi ATP:n makroergistä sidosta kuluu:

R–COOH + HS–KoA + ATP = R–CO–S–KoA + AMP + P–P.

Pyrofosfataasi-entsyymi pilkkoo pyrofosfaatin välittömästi, mikä siirtää reaktion tasapainoa oikealle.

Asyylikoentsyymi A siirtyy sitten mitokondrioihin.

Näissä organelleissa toimii entsymaattinen rasvahappojen ns β-hapetusjärjestelmä. β-hapetusprosessi etenee vaiheittain. Kussakin vaiheessa asetyylikoentsyymi A:n muodossa oleva kaksihiilifragmentti lohkeaa rasvahaposta ja NAD+ pelkistyy NAD∙H:ksi ja FAD FAD∙H2:ksi.

Ensimmäisen reaktion aikana -CH2-CH2--ryhmä, joka sijaitsee lähellä karbonyylihiiliatomia, hapettuu. Kuten Krebsin syklin sukkinaattihapetuksen tapauksessa, FAD toimii hapettavana aineena. Sitten (toinen reaktio) saadun tyydyttymättömän yhdisteen kaksoissidos hydratoituu, kun taas kolmas hiiliatomi hydroksyloituu - koentsyymiin A muodostuu β-hydroksihappo. Kolmannen reaktion aikana tämä alkoholiryhmä hapettuu ketoksi. ryhmää, NAD + käytetään hapettavana aineena. Lopuksi toinen koentsyymi A molekyyli reagoi tuloksena olevan β-ketoasyylikoentsyymi A:n kanssa. Tämän seurauksena asetyylikoentsyymi A lohkeaa pois ja asyyli-CoA lyhenee kahdella hiiliatomilla. Nyt syklinen prosessi etenee toisessa ajossa, rasvahappojäännös lyhenee vielä yhdellä asetyyli-CoA:lla ja niin edelleen, kunnes rasvahappo on täysin pilkkoutunut. Neljästä β-hapetuksen reaktiosta vain ensimmäinen on irreversiibeliä, loput ovat palautuvia, niiden kulku vasemmalta oikealle varmistetaan lopputuotteiden jatkuvalla ulostulolla.

Kaiken kaikkiaan palmitoyylikoentsyymi A:n β-hapetus etenee yhtälön mukaisesti:

Asetyyli-CoA siirtyy sitten Krebsin kiertoon. NAD∙H ja FAD∙H 2 hapettuvat mitokondrioissa, jolloin saadaan energiaa ATP-synteesiin.

Aminohappokatabolia etenee myös Krebsin syklin kautta. Erilaiset aminohapot tulevat kiertoon eri aineenvaihduntareittejä pitkin, ja niiden huomioiminen on liian monimutkaista tälle kurssille.

Solu ei käytä Krebsin kiertoa vain energiatarpeisiin, vaan myös useiden tarvitsemiensa aineiden synteesiin. Se on keskeinen aineenvaihduntareitti sekä solun katabolisissa että anabolisissa prosesseissa.

Hans Krebs itse ehdotti ensin teoreettisesti, että di- ja trikarboksyylihappojen muunnokset tapahtuvat syklisesti, ja sitten teki sarjan kokeita, joissa hän osoitti näiden happojen keskinäiset muunnokset ja niiden kyvyn stimuloida aerobista glykolyysiä. Kuitenkin vahvaa näyttöä tämän aineenvaihduntareitin virtauksesta tällä tavalla, ei muuten, saatiin käyttämällä kokeita isotooppileimauksella.

Kuvittele, että olet korvannut tavallisen luonnollisen isotoopin radioaktiivisella tietyssä Krebsin syklin välimetaboliitissa. Nyt tässä aineessa on ikään kuin radioaktiivinen leima, ja tämä mahdollistaa sen tulevan kohtalon jäljittämisen. Tällainen leimattu yhdiste voidaan lisätä soluuutteeseen ja katsoa hetken kuluttua, mitä siitä tulee. Tätä varten voit erottaa pienet molekyylit makromolekyyleistä (esimerkiksi saostamalla viimeksi mainitut) ja erottaa niiden seoksen kromatografisella menetelmällä (katso oppitunti 8). Sitten jää vain määrittää, mitkä aineet sisältävät radioaktiivisuutta. Jos esimerkiksi lisäät uutteeseen radioaktiivisesti leimattua sitruunahappoa, niin pian leima löytyy cis-akoniitti- ja isositrihapoista ja jonkin ajan kuluttua α-ketoglutaarihaposta. Jos leimattua α-ketoglutaarihappoa lisätään, leima siirtyy ensin sukkinyylikoentsyymi A:ksi ja meripihkahapoksi, sitten fumaarihapoksi. Siten lisäämällä erilaisia ​​radioaktiivisesti leimattuja aineita ja määrittämällä, missä radioaktiivinen leima on kulkeutunut, on mahdollista saada selville reaktioiden järjestys missä tahansa aineenvaihduntareitin vaiheessa.

Radioaktiivisuus voidaan määrittää useilla tavoilla. Helpoin tapa on valaista valokuvaemulsio, koska A. Becquerel löysi itse radioaktiivisuuden juuri radioaktiivisen säteilyn kyvystä valaista valokuvalevyä. Jos esimerkiksi erotimme aineseoksen ohutkerroskromatografialla ja tiedämme, missä tietyn aineen täplä sijaitsee, voimme yksinkertaisesti kiinnittää valokuvalevyn kromatogrammiimme. Sitten valokuvalevyn se osa, joka oli kosketuksissa radioaktiivisuutta sisältävään kohtaan, valaistuu. Jää vain katsoa, ​​mitkä aineet emulsio syttyi minkäkin aineen täplien läheisyyteen, ja voidaan heti sanoa, että radioaktiivinen leima meni juuri näihin aineisiin.

Tätä menetelmää kutsutaan autoradiografia . Sen avulla voidaan tutkia paitsi pieniä molekyylejä myös suuria - esimerkiksi lisäämällä radioaktiivisesti leimattua uridiinia elävään soluun. Kuten sanoimme oppitunnilla 7, uridiininukleotidit ovat osa RNA:ta, joten tämä makromolekyyli leimataan pian radioaktiivisesti. Nyt on mahdollista seurata RNA:n sijaintia ja kuljetusta solussa. Tätä varten sinun on kiinnitettävä solut niin, että makromolekyylit saostuvat eivätkä kellu pois jatkotoimenpiteiden aikana, täytä ne valokuvaemulsiolla ja katso hetken kuluttua mikroskoopin läpi, jossa valaistut alueet ilmestyivät.

Autoradiografian avulla voidaan suoraan tarkkailla molekyylien kohtaloa solussa. Menetelmällä on kuitenkin myös haittapuoli - se antaa vain kvalitatiivisen ominaisuuden radioaktiivisen leiman läsnäolosta eikä salli sen kvantitatiivista mittaamista. Tarkkoihin kvantitatiivisiin mittauksiin käytetään eri menetelmää. Radioaktiivisista isotoopeista vapautuvat β-hiukkaset aiheuttavat erityisten aineiden - tuikeaineiden - hehkua. Tämän hehkun intensiteetti voidaan mitata tarkasti erityisellä laitteella - tuikelaskimella. Mittaamalla hehkun tarkasti voimme määrittää radioaktiivisen isotoopin määrän tarkasti. Tuikelaskurin käyttö mittaa kuitenkin vain radioaktiivisen isotoopin kokonaismäärän näytteessä. Jos täytämme solususpension tuikeliuoksella, voimme määrittää radioaktiivisen yhdisteen kokonaismäärän, mutta emme sen jakautumista organelleihin. Tätä varten meidän on eristettävä yksittäiset soluorganellit ja mitattava niiden radioaktiivisuus.

Yleensä biokemiallisessa tutkimuksessa käytetään sellaisia ​​isotooppeja kuin tritium 3 H, hiili 14 C, fosfori 32 P ja rikki 35 S.

Suurin osa hiilen kemiallisesta energiasta vapautuu aerobisissa olosuhteissa hapen mukana. Krebsin sykliä kutsutaan myös sitruunahapposykliksi tai soluhengitykseksi. Monet tiedemiehet osallistuivat tämän prosessin yksittäisten reaktioiden tulkitsemiseen: A. Szent-Gyorgyi, A. Lehninger, X. Krebs, jonka mukaan sykli on nimetty, S. E. Severin ja muut.

Hiilihydraattien anaerobisen ja aerobisen pilkkomisen välillä on läheinen korrelaatio. Ensinnäkin se ilmentyy pyruviinihapon läsnäollessa, joka päättää hiilihydraattien anaerobisen hajoamisen ja aloittaa soluhengityksen (Krebsin sykli). Molempia faaseja katalysoivat samat entsyymit. Kemiallista energiaa vapautuu fosforylaation aikana ja se varautuu ATP-makroergien muodossa. Samat koentsyymit (NAD, NADP) ja kationit osallistuvat kemiallisiin reaktioihin. Erot ovat seuraavat: jos hiilihydraattien anaerobinen pilkkominen sijoittuu pääosin hyaloplasmaan, niin soluhengityksen reaktiot tapahtuvat pääasiassa mitokondrioissa.

Tietyissä olosuhteissa havaitaan antagonismia näiden kahden vaiheen välillä. Joten hapen läsnä ollessa glykolyysi laskee jyrkästi (Pasteur-ilmiö). Glykolyysituotteet voivat estää hiilihydraattien aerobista aineenvaihduntaa (Crabtree-ilmiö).

Krebsin syklissä on useita kemiallisia reaktioita, joiden seurauksena hiilihydraattien hajoamistuotteet hapettuvat hiilidioksidiksi ja vedeksi ja kemiallista energiaa kertyy makroergisiin yhdisteisiin. "Kantajan" muodostumisen aikana - oksaloetikkahappo (SOC). Tämän jälkeen tapahtuu kondensaatiota aktivoidun etikkahappojäännöksen "kantajan" kanssa. On trikarboksyylihappoa - sitruuna. Kemiallisten reaktioiden aikana etikkahappojäännöksen "kierto" tapahtuu syklissä. Jokaisesta palorypälehappomolekyylistä muodostuu kahdeksantoista adenosiinitrifosfaattimolekyyliä. Jakson lopussa vapautuu "kantaja", joka reagoi uusien aktivoidun etikkahappojäännöksen molekyylien kanssa.

Krebsin sykli: reaktiot

Jos hiilihydraattien anaerobisen pilkkomisen lopputuote on maitohappo, niin se hapettuu laktaattidehydrogenaasin vaikutuksesta pyruviinihapoksi. Osa pyruviinihappomolekyyleistä käytetään BJC:n "kantajan" synteesiin vaikutuksesta ja Mg2 + -ionien läsnä ollessa. Osa palorypälehapon molekyyleistä on "aktiivisen asetaatin" - asetyylikoentsyymi A:n (asetyyli-CoA) muodostumisen lähde. Reaktio suoritetaan pyruvaattidehydrogenaasin vaikutuksen alaisena. Asetyyli-CoA sisältää, joka kerää noin 5-7 % energiasta. Kemiallisen energian päämassa muodostuu "aktiivisen asetaatin" hapettumisen seurauksena.

Sitraattisyntetaasin vaikutuksesta itse Krebsin sykli alkaa toimia, mikä johtaa sitraattihapon muodostumiseen. Tämä happo dehydratoituu akonitaattihydrataasin vaikutuksesta ja muuttuu cis-akoniittihapoksi, joka vesimolekyylin lisäämisen jälkeen muuttuu isositriseksi. Kolmen trikarboksyylihapon välille muodostuu dynaaminen tasapaino.

Isositrihappo hapetetaan oksalomeripihkahapoksi, joka dekarboksyloidaan ja muunnetaan alfa-ketoglutaarihapoksi. Reaktiota katalysoi entsyymi isositraattidehydrogenaasi. Alfa-ketoglutaarihappo 2-okso-(alfa-keto)-glvaikutuksesta dekarboksyloituu, mikä johtaa makroergisen sidoksen sisältävän sukkinyyli-CoA:n muodostumiseen.

Seuraavassa vaiheessa sukkinyyli-CoA siirtää sukkinyyli-CoA-syntetaasientsyymin vaikutuksesta makroergisen sidoksen GDP:hen (guanosiinidifosfaattihappo). GTP (guanosiinitrifosfaattihappo) muodostaa GTP-adenylaattikinaasientsyymin vaikutuksesta makroergisen sidoksen AMP:hen (adenosiinimonofosfaattihappo). Krebsin sykli: kaavat - GTP + AMP - BKT + ADP.

Entsyymin vaikutuksesta sukkinaattidehydrogenaasi (SDH) hapettuu fumaariksi. SDH:n koentsyymi on flaviiniadeniinidinukleotidi. Fumaraatti muuttuu fumaraattihydrataasientsyymin vaikutuksesta omenahapoksi, joka puolestaan ​​hapettuu muodostaen BOC:ta. Asetyyli-CoA:n läsnä ollessa reagoivassa järjestelmässä BFA sisältyy jälleen trikarboksyylihapposykliin.

Joten yhdestä glukoosimolekyylistä muodostuu jopa 38 ATP-molekyyliä (kaksi - anaerobisen glykolyysin vuoksi, kuusi - kahden NAD H + H + -molekyylin hapettumisen seurauksena, jotka muodostuivat glykolyyttisen hapettumisen aikana, ja 30 - johtuen TCA). CTC:n tehokkuus on 0,5. Loput energiasta haihtuu lämpönä. TCA:ssa 16-33 % maitohaposta hapettuu, loput sen massasta käytetään glykogeenin uudelleensynteesiin.

Trikarboksyylihapposykli tunnetaan myös Krebsin syklinä, koska Hans Krebs ehdotti sellaisen syklin olemassaoloa vuonna 1937.
Tästä 16 vuotta myöhemmin hänelle myönnettiin fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinto. Löytö on siis erittäin merkittävä. Mikä tämän syklin merkitys on ja miksi se on niin tärkeä?

Mitä tahansa voi sanoa, sinun on silti aloitettava melko kaukaa. Jos luit tämän artikkelin, niin ainakin kuulopuheesta tiedät, että solujen tärkein energialähde on glukoosi. Se on jatkuvasti läsnä veressä lähes muuttumattomana pitoisuutena - tätä varten on olemassa erityisiä mekanismeja, jotka varastoivat tai vapauttavat glukoosia.

Jokaisen solun sisällä on mitokondrioita - erilliset organellit (solun "elimet"), jotka käsittelevät glukoosia solunsisäisen energialähteen - ATP:n - saamiseksi. ATP (adenosiinitrifosforihappo) on monipuolinen ja erittäin kätevä käyttää energianlähteenä: se integroituu suoraan proteiineihin ja tarjoaa niille energiaa. Yksinkertaisin esimerkki on myosiiniproteiini, jonka ansiosta lihakset voivat supistua.

Glukoosia ei voida muuttaa ATP:ksi, vaikka se sisältää suuren määrän energiaa. Kuinka saada tämä energia pois ja ohjata se oikeaan suuntaan turvautumatta barbaarisiin (solustandardien mukaan) keinoihin, kuten polttamiseen? On tarpeen käyttää kiertotapoja, koska entsyymit (proteiinikatalyytit) sallivat joidenkin reaktioiden edetä paljon nopeammin ja tehokkaammin.

Ensimmäinen vaihe on glukoosimolekyylin muuntaminen kahdeksi pyruvaattimolekyyliksi (pyruviinihappo) tai laktaatti (maitohappo). Tässä tapauksessa pieni osa (noin 5 %) glukoosimolekyyliin varastoidusta energiasta vapautuu. Laktaattia tuotetaan anaerobisella hapetuksella - eli hapen puuttuessa. On myös tapa muuttaa glukoosi anaerobisissa olosuhteissa kahdeksi etanoli- ja hiilidioksidimolekyyliksi. Tätä kutsutaan käymiseksi, emmekä ota tätä menetelmää huomioon.


... Aivan kuten emme tarkastele yksityiskohtaisesti itse glykolyysin mekanismia, toisin sanoen glukoosin hajoamista pyruvaatiksi. Koska, Leingeriä lainatakseni, "glukoosin muuttumista pyruvaaiksi katalysoi kymmenen entsyymiä, jotka toimivat peräkkäin." Halukkaat voivat avata biokemian oppikirjan ja tutustua yksityiskohtaisesti kaikkiin prosessin vaiheisiin - sitä on tutkittu erittäin hyvin.

Näyttää siltä, ​​​​että polun pyruvaatista hiilidioksidiin pitäisi olla melko yksinkertainen. Mutta kävi ilmi, että se suoritetaan yhdeksänvaiheisen prosessin kautta, jota kutsutaan trikarboksyylihapposykliksi. Tämä näennäinen ristiriita taloudellisuuden periaatteen kanssa (eikö voisi olla yksinkertaisempaa?) johtuu osittain siitä, että kierto yhdistää useita aineenvaihduntareittejä: kierrossa muodostuvat aineet ovat muiden molekyylien esiasteita, jotka eivät enää liity hengitykseen ( esimerkiksi aminohapot) ja kaikki muut hävitettävät yhdisteet päätyvät kiertoon ja ne joko "poltetaan" energiaksi tai kierrätetään sellaisiksi, joista on pulaa.

Ensimmäinen vaihe, jota perinteisesti pidetään Krebsin syklin yhteydessä, on pyruvaatin oksidatiivinen dekarboksylaatio asetyylitähteeksi (Acetyl-CoA). CoA, jos joku ei tiedä, on koentsyymi A, jonka koostumuksessa on tioliryhmä, jossa se voi kantaa asetyylijäännöksen.


Rasvojen hajoaminen johtaa myös asetyyleihin, jotka myös tulevat Krebsin kiertoon. (Ne syntetisoidaan samalla tavalla - asetyyli-CoA:sta, mikä selittää sen tosiasian, että vain happoja, joissa on parillinen määrä hiiliatomeja, on melkein aina läsnä rasvoissa).

Asetyyli-CoA kondensoituu oksaloasetaatin kanssa, jolloin saadaan sitraattia. Tämä vapauttaa koentsyymi A ja vesimolekyylin. Tämä vaihe on peruuttamaton.

Sitraatti dehydrataan cis-akonitaatiksi, syklin toiseksi trikarboksyylihapoksi.

Cis-akonitaatti kiinnittää takaisin vesimolekyylin muuttuen jo isositrihapoksi. Tämä ja edelliset vaiheet ovat palautuvia. (Entsyymit katalysoivat sekä eteenpäin että käänteisiä reaktioita - tiedätkö, eikö?)

Isositrihappo dekarboksyloidaan (reversiibelisti) ja hapetetaan samanaikaisesti ketoglutaarihapoksi. Samaan aikaan toipuva NAD + muuttuu NADH:ksi.

Seuraava vaihe on oksidatiivinen dekarboksylaatio. Mutta tässä tapauksessa ei muodostu sukkinaattia, vaan sukkinyyli-CoA:ta, joka hydrolysoituu seuraavassa vaiheessa ohjaten vapautuneen energian ATP-synteesiin.

Tämä tuottaa toisen NADH-molekyylin ja FADH2-molekyylin (muu koentsyymi kuin NAD, joka kuitenkin voidaan myös hapettaa ja pelkistää, varastoimalla ja vapauttamalla energiaa).

Osoittautuu, että oksaaliasetaatti toimii katalyyttinä - se ei kerry eikä sitä kuluteta prosessissa. Niin se on - oksaloasetaatin pitoisuus mitokondrioissa pysyy melko alhaisena. Mutta kuinka välttää muiden tuotteiden kertyminen, miten koordinoida kaikki kahdeksan vaihetta?

Tätä varten, kuten kävi ilmi, on olemassa erityisiä mekanismeja - eräänlainen negatiivinen palaute. Heti kun tietyn tuotteen pitoisuus nousee normin yläpuolelle, tämä estää sen synteesistä vastaavan entsyymin toiminnan. Ja palautuvissa reaktioissa se on vielä yksinkertaisempaa: kun tuotteen pitoisuus ylittyy, reaktio alkaa yksinkertaisesti mennä päinvastaiseen suuntaan.

Ja pari pientä huomautusta

Kaikki tietävät, että elimistö tarvitsee toimiakseen moitteettomasti useita ravintoaineita, joita tarvitaan terveeseen aineenvaihduntaan ja vastaavasti energian tuotanto- ja kulutusprosessien tasapainoon. Energian tuotantoprosessi, kuten tiedätte, tapahtuu mitokondrioissa, joita tämän ominaisuuden ansiosta kutsutaan solujen energiakeskuksiksi. Ja kemiallisten reaktioiden sarjaa, jonka avulla voit saada energiaa kehon jokaisen solun työhön, kutsutaan Krebsin sykliksi.

Krebsin kierto - ihmeitä, joita tapahtuu mitokondrioissa

Krebsin syklin (myös TCA - trikarboksyylihappojen kierto) kautta vastaanotettu energia menee yksittäisten solujen tarpeisiin, jotka puolestaan ​​muodostavat erilaisia ​​kudoksia ja vastaavasti kehomme elimiä ja järjestelmiä. Koska keho ei yksinkertaisesti voi olla olemassa ilman energiaa, mitokondriot työskentelevät jatkuvasti toimittaakseen soluille jatkuvasti niiden tarvitsemaa energiaa.

Adenosiinitrifosfaatti (ATP) - tämä yhdiste on universaali energianlähde, jota tarvitaan kaikkien biokemiallisten prosessien virtaamiseen kehossamme.

TCA on keskeinen aineenvaihduntareitti, jonka seurauksena metaboliittien hapettuminen saatetaan loppuun:

• rasvahapot;
• aminohappoja;
• monosakkaridit.

Aerobisessa hajoamisprosessissa nämä biomolekyylit hajoavat pienemmiksi molekyyleiksi, joita käytetään energiaan tai uusien molekyylien synteesiin.

Trikarboksyylihapposykli koostuu 8 vaiheesta, ts. reaktiot:

1. Sitruunahapon muodostuminen:

2. Isositrihapon muodostuminen:

3. Isositrihapon dehydraus ja suora dekarboksylaatio.

4. α-ketoglutaarihapon oksidatiivinen dekarboksylaatio

5. Substraatin fosforylaatio

6. Meripihkahapon dehydraus sukkinaattidehydrogenaasilla

7. Omenahapon muodostuminen fumaraasientsyymin vaikutuksesta

8. Oksaaliasetaatin muodostuminen

Siten Krebsin syklin muodostavien reaktioiden päättymisen jälkeen:

• yksi asetyyli-CoA-molekyyli (muodostuu glukoosin hajoamisen seurauksena) hapettuu kahdeksi hiilidioksidimolekyyliksi;
• kolme NAD-molekyyliä pelkistetään NADH:ksi;
• yksi FAD-molekyyli pelkistyy FADH2:ksi;
• syntyy yksi GTP-molekyyli (vastaa ATP:tä).

NADH- ja FADH2-molekyylit toimivat elektronien kantajina ja niitä käytetään tuottamaan ATP:tä glukoosin aineenvaihdunnan seuraavassa vaiheessa, oksidatiivisessa fosforylaatiossa.

Krebsin syklin toiminnot:

• katabolinen (polttoainemolekyylien asetyylijäämien hapettuminen aineenvaihdunnan lopputuotteiksi);
• anaboliset (Krebsin syklin substraatit - molekyylien synteesin perusta, mukaan lukien aminohapot ja glukoosi);
• integratiivinen (CTK - yhteys anabolisten ja katabolisten reaktioiden välillä);
• vedyn luovuttaja (3 NADH.H+:n ja 1 FADH2:n toimittaminen mitokondrioiden hengitysketjuun);
• energiaa.

Krebsin syklin normaalin kulun edellyttämien elementtien puute voi johtaa vakaviin ongelmiin kehossa, jotka liittyvät energian puutteeseen.

Aineenvaihdunnan joustavuuden ansiosta elimistö pystyy käyttämään energialähteenä glukoosin lisäksi myös rasvoja, joiden hajoamisesta syntyy myös molekyylejä, jotka muodostavat pyruviinihappoa (osallistuen Krebsin kiertoon). Siten oikein virtaava CTC tarjoaa energiaa ja rakennuspalikoita uusien molekyylien muodostumiseen.