Цикъл на Кребс (цикъл на лимонената киселина, TCA) — дефиниция и функция

Научете как Цикълът на Кребс (TCA) в митохондриите преобразува енергията в клетъчно дишане, осигурява електрони и ключови междинни метаболити за метаболизма.

Автор: Leandro Alegsa

29-09-2025 22:28

Цикълът на Кребс (кръстен на Ханс Кребс) е централна част от клетъчното дишане. Други често използвани имена са цикъл на лимонената киселина и цикъл на трикарбоксилната киселина (TCA цикъл). Този метаболитен цикъл е универсален за повечето аеробни организми и играе ключова роля както при разпадането на органични съединения за добив на енергия, така и като доставчик на междинни метаболити за синтезни пътища.

Цикълът на Кребс следва реакцията на свързване (образуването на ацетил-КоА) и осигурява водородните атоми и електроните, необходими за електронно-транспортната верига, която произвежда основната част от клетъчния ATP. В еукариотните клетки цикълът протича в матрикса на митохондриите; при прокариотите (бактерии) еквивалентните реакции се извършват в цитозола.

Входни и изходни продукти

Вход: ацетил-CoA (произведен най-често от пируват чрез пируват дехидрогеназния комплекс, или от β-окисление на мастни киселини).
Основни изходи (за един ацетил-CoA):
- 2 CO2 (въглероден диоксид)
- 3 NADH
- 1 FADH2
- 1 GTP (или ATP, в зависимост от клетъчния тип)
- Възстановен оксалоацетат (за следващ оборот)

Основни стъпки и ензими

Цикълът включва последователност от осем основни реакции, водени от специфични ензими:

Цитрат синтаза (цитрат синтезиране): оксалоацетат + ацетил-CoA → цитрат
Аконитаза: цитрат ⇄ изоцитрат
Изоцитрат дехидрогеназа: изоцитрат → α-кетоглутарат + CO2 + NADH
α-Кетоглутарат дехидрогеназен комплекс: α-кетоглутарат → сукцинил-CoA + CO2 + NADH
Сукцинил-CoA синтетаза (или лиаза): сукцинил-CoA → суцинат + GTP (или ATP)
Сукцинат дехидрогеназа: суцинат → фумарат + FADH2 (ензим, свързан с мембраната и част от електронно-транспортната верига)
Фумараза: фумарат → малат
Малат дехидрогеназа: малат → оксалоацетат + NADH

Регулация

Цикълът е стриктно регулиран според нуждите на клетката и наличността на субстрати. Ключови регулаторни ензими са цитрат синтазата, изоцитрат дехидрогеназата и α-кетоглутарат дехидрогеназният комплекс. Регулацията включва:

Алостерично потискане от високи нива на ATP и NADH (индикатори за енергиен излишък).
Активиране при повишени нива на ADP/AMP и NAD+ (енергетичен дефицит).
Иони като Ca2+ могат да активират някои ензими (особено в мускулите) по време на усилена работа.
Крос-комуникация с гликолизата — например цитрат, когато се натрупа, инхибира фосфофруктокиназата, забавяйки гликолизата.

Анаболна и катаболна (амфиолитна) роля

Цикълът на Кребс е амфиолитен: освен че разгражда ацетил-CoA за добив на енергия, той осигурява и междинни продукти за синтез на важни биомолекули. Примери:

Оксалоацетат и α-кетоглутарат са прекурсори за аминокиселини (аспартат, глутамат и производни).
Сукцинил‑CoA участва в синтеза на хем и порфирини.
Цитрат, прехвърлен в цитозола и разградим до ацетил‑CoA, служи за синтез на мазнини и стероли.
Анаплеротични реакции (напр. пируват карбоксилаза) възстановяват метаболитни междинни продукти, изразходвани за биосинтеза.

Свързани процеси и биологично значение

Цикълът на Кребс е тясно свързан с гликолизата (чрез пируват дехидрогеназата), β‑окислението и електронно-транспортната верига. NADH и FADH2, произведени в цикъла, предават електрони към дихателната верига, водещо до синтеза на голямо количество ATP чрез окислително фосфорилиране.

Клинично и еволюционно значение

Патологии, свързани с нарушени функции на TCA, могат да доведат до метаболитни болести и неврологични нарушения. В клетки с раков метаболизъм често се наблюдават промени в използването на TCA (Warburg ефект), а натрупване на някои междинни продукти (напр. суцинат, фумарат) може да доведе до инхибиране на ензими, зависещи от кислород, и да допринесе за онкогенеза. Исторически цикълът е един от първите метаболитни пътища, чието значение бе изяснено, и поради централната си роля се смята, че е една от най-ранните еволюирали части на клетъчния метаболизъм.

Кратко резюме: Цикълът на Кребс е основен метаболитен център, който превръща ацетил‑CoA в CO2, генерира редуцирани кофактори (NADH, FADH2) за синтез на ATP и доставя междинни продукти за множество анаболни пътища.

Резюме

Диаграмата по-долу показва как тази част от дишането е постоянно повтарящ се цикъл, при който се произвежда АТФ и се отделя CO ₂. АТФ е молекула, която пренася енергия в химическа форма, за да бъде използвана в други клетъчни процеси. За да обобщим:

Отделят се две молекули въглероден диоксид
Образува се една молекула GTP
Три молекули NAD+ се комбинират с водород (NAD+ → NADH)
Една молекула FAD се съединява с водород (FAD → FADH₂ ).

Тъй като от всяка молекула глюкоза се произвеждат две молекули ацетил-КоА, за всяка молекула глюкоза са необходими два цикъла. Следователно в края на двата цикъла продуктите са: два АТФ, шест NADH, два FADH₂ два QH₂ (убихинол) и четири CO₂ .