Biochémia: Citrátový cyklus, časť 1.

V bunke sú všetky enzýmy citrátového cyklu lokalizované v mitochondriálnej matrix okrem sukcinátudehydrogenázy, ktorá je zakotvená vo vnútri mitochondriálnej membrány. Krebsov citrátový cyklus je počet reakcií, ktorý je centrom metabolickej mapy, pretože sa do neho vlievajú mnohé katabolické procesy  a od neho začínajú mnohé anabolické procesy. Výsledok reakcií jedného cyklu je degradácia acetyl-CoA so súčasnou transformáciou energií živín do troch NADH (redukovaný nikotínamindadeníndinukleotid) , jedného FADH2 (flavínadeníndinukleotid) a jedného GTP (guanozíntrifosfát). Ďalším produktom sú dve molekuly CO2.

Pretože jednotlivé metabolity citrátového cyklu sú spojkami rôzných metabolických ciest, označujú sa ako intermediárne metabolity. 

Cyklus možno rozdeliť do troch úsekov. V prvom sa syntetizuje citrát, v druhom sa šesťuhlíkové kyseliny premenia na 2-oxoglutarát, ktorý po oxidatívnej dekarboxylácií dáva štvoruhlikový sukcinát. Tretí úsek obsahuje premeny štvoruhlikatých kyselín na oxalacetát. 

1.1. Syntéza citrátu 

Citrátový cyklus začína kondenzáciou štvoruhlíkového oxalacetátu s dvojuhlíkovým acetylom, vstupujúciim do cyklu vo forme acetyl-CoA, na šesťuhlíkový citrát. Táto reakcia je ireverzibílna. Katalyzuje ju citrátsyntáza (citrogenáza) - enzym zo skupín acetyltransferáz, ktorý katalizuje prvú reakciu citrát. cyklu, v ktorej sa acetylkoenzým A kondenzuje s oxalacetátom za vzniku citrátu a koenzýmu A.

1.2. Syntéza 2-oxoglutarátu 

Prvou reakciou citrátu v cykle je jeho izomerácia na izocitrát enzymom akonitáza. Enzym najprv dehydratuje symetrickú molekulu citrátu na cis-akonitát a potom na dvojitú väzbu substrátu vodu aduje, a to tak, že hydroxylová skupina sa objaví na druhom uhlíku zlúčeniny. Izocitrát sa potom oxiduje izocitrátdehydrogenázou a súčasne sa dekarboxyluje na 2-oxoglutarát (skôr alfa-ketoglutarát). Koenzýmom tejto oxidácie je NAD+, takže ide o zisk prvého NADH v CC (cykle). Nasleduje oxidatívna dekarboxylácia 2-oxoglutarátu na skucinyl-CoA so ziskom ďalšieho NADH a uvoľnením druhého CO2. Reakciu katalyzuje 2-oxoglutarátdehydrogenáza. 

1.3. Syntéza oxalacetátu 

Sukncinyl-CoA, takisto ako acetyl-CoA a iné acyl-CoA sú tioestery. Majú rozdielnu G0 hydrolýzu - porovnáteľnú s rozdielnou G0 hydrolýzou ATP (adenozíntrifosfátu). Zatiaľ čo energia tioesterovej väzby acetyl-CoA bola spotrebována k syntéze citrátu, energia sukncinyl-CoA je predaná na GTP alebo ATP. Príslušný enzym sukncinyl-CoA-syntentáza používa v niektorých organizmoch GDP  a v iným ADP ako príjemca fosfátu s vysokým potenciálom prenosu. Najskôr v substráte vymení CoA za fosfát, ten tým získa vysoký potenciál prenosu a ľahko sa pesunie z tohto sukcinylfosfátu na niektorých z uvedených nukleoziddifosfátov. Ide teda o jedinú uroveň fosforýlacie na substrátovej úrovni v CC (cykle). Okrem GTP je produktom voľný sukcinát. Ten sa v ďalšej reakcii oxiduje sukcinátdehydrogenázou na fumarát. Koenzýmom v tejto reakcii je FAD, takže v tejto reakcii sa získa jedna molekula FADH2, Fumaráza hydratuje fumarát na malát a ten sa malátdehydrogenázou zoxiduje na konečný metabolit CC na oxalacetát. Koenzymom tejto poslednej oxidácie je NAD+ a získava sa z tretieho NADH.

Stechiometricky CC môžme zhrnúť takto:

CH3CO-S-CoA + 2H2O + NAD+ + FAD + GDP + P -> 

2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + CoA-SH + GTP 

Na ľavej strane reakčnej schéme je o dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku menej ako na pravej strane. Molekuka vody sa totiž uvoľní pri nadviazaní ortofosfátu na GDP. Celková zmena voľnej entalpie CC je 40 kJ*mol.

Počet reakcií v CC je taktiež jednosmerný, čo je zaistené troma nevratnými reakciami: syntézou citrátu, dekarboxyláciou izocitrátu a dekarboxyláciou 2-oxoglutarátu. Ak sa v mitochodriách pri oxidácií jedného molu NADH získa 2,5 molu ATP a pri oxidácii molu FADH2 1,5 molu ATP, tak z jedného molu acetyl-CoA sa v CC získa 10 molov ATP. 

Pri energetickej bilancii jednej otáčky CC sa počíta zisk 1 ATP (či GTP) získaného fosforyláciou na subtrátovej urovni z rozkladu sukncinyl-CoA, 1,5 ATP z oxidácie 1 FADH2 a 7,5 ATP  z oxidácie 3 NADH.