Перейти до основного вмісту
Вся хімія

14.7. Цикл лимонної кислоти

Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія

У період з 1935 по 1950 р. було відкрито основний шлях окиснювальних перетворень вуглеводів до води та карбон(IV) оксиду з утворенням кількох багатих на енергію молекул на кожну молекулу карбон(IV) оксиду. Цей біохімічний механізм називається циклом лимонної кислоти або циклом Кребса*. Значною мірою його було з'ясовано 1943 р. англійським біохіміком Гансом Адольфом Кребсом (нар. 1900) після того, як Альберт Сент-Дьйордьї 1935 р. відкрив, що ферменти з м'язової тканини каталізують окиснення дикарбонових кислот із чотирма атомами Карбону в молекулі (бурштинової, фумарової, яблучної й щавлевооцтової).

Цикл включає процес конденсації оцтової кислоти CH3COOH зі щавлевооцтовою кислотою HOOCCH2COCOOH, що призводить до утворення лимонної кислоти — трикарбонової кислоти, молекула якої містить шість атомів Карбону

Лимонна кислота потім перетворюється на дикарбонову кислоту, що містить чотири атоми Карбону в молекулі, причому таке перетворення проходить через шість стадій, у двох з яких вивільняється по одній молекулі карбон(IV) оксиду. У трьох наступних стадіях відбувається перетворення чотиривуглецевої дикарбонової кислоти, що утворилася, на щавлевооцтову. Кожна з цих стадій каталізується особливими ферментами, причому деякі з них забезпечують утворення багатих на енергію молекул. Таким чином, значна частина з дуже великої кількості енергії (470 кДж на 1 моль CO2), що вивільняється в процесі окиснення глюкози, стає доступною для використання в найрізноманітніших цілях.

Сама по собі оцтова кислота (ацетат-іон) не може входити в цикл лимонної кислоти. У 1950 р. американський біохімік Фріц Ліпман (нар. 1899) установив, що ця сполука може входити в зазначений цикл лише у складі складної речовини — названої коферментом А, скорочено позначуваної КоАSH (молекула цієї сполуки містить сульфгідрильну групу SH). Такою складною сполукою є ацетил-SКоА, . КоАSH має структуру

(Структуру аденозину показано в правій частині формули НАДФН, наведеної в попередньому підрозділі.)

Цикл лимонної кислоти в його сучасній формі наведено на рис. 14.8. (Можливо, цей цикл потребує деяких уточнень.) Кожна зі стадій перетворення каталізується особливим ферментом, а деякі стадії супроводжуються побічними реакціями, лише деякі з яких тут показано. Деякі стадії призводять до перетворення АДФ на АТФ. Ацетил-SКоА, який вступає в цикл, може походити з полісахаридів, жирних кислот або амінокислот.

Як було встановлено, цикл лимонної кислоти відбувається в мікроорганізмах, у проростках рослин, а також у клітинах тварин. Наявність цієї та інших спільних рис, однаково притаманних найрізноманітнішим організмам, свідчить про спільність походження живих організмів, як це й передбачається еволюційною теорією. Існують дані, які свідчать про те, що в деяких мікроорганізмах цикл Кребса дає головним чином молекули з особливою структурою, що слугують специфічним цілям (так, α-кетоглутарова кислота необхідна для синтезу глутамінової кислоти та деяких інших амінокислот). Для людини та інших тварин цикл лимонної кислоти — джерело зазначених специфічних речовин і енергії. 

 Рис. 14.8. Цикл лимонної кислоти.


* Цей цикл називають також циклом трикарбонових кислот. — Прим. перекл.