Citrátový cyklus – jak naše buňky získávají energii a k čemu všemu ji využívají – část II.

Jak jsme popsali v předchozím článku, všechny živiny - sacharidy, tuky i bílkoviny - jsou v organismu postupně degradovány pomocí oxidačních reakcí v citrátovém neboli Krebsově cyklu. Jde o cyklické opakování reakcí, na jehož začátku stojí Acetyl-CoA vytvořený z molekul potravy a oxaloacetát, který je výsledkem předcházejícího již proběhnutého cyklu. Postupně dochází k oxidačním a dekarboxylačním reakcím, vznikají molekuly oxidu uhličitého CO₂, určité množství energie, molekuly  NADH (hlavní zdroj elektronů), FADH₂ (sekundární zdroj elektronů) a řada důležitých meziproduktů.

Většina energie se však vytváří až v následném kroku. Tím je přenos vysokoenergetických elektronů ze zmíněných nosičů NADH a FADH₂ na řetězec enzymů v tzv. dýchacím řetězci, kde jsou elektrony předávány z jednoho komplexu na druhý směrem k molekule kyslíku (za vzniku vody), čímž dochází k tvorbě velice důležitého elektrochemického protonového gradientu. Tento protonový gradient je pak využit k čerpání vodíkových kationtů z matrix (vnitřního prostoru) mitochondrie do jejího mezimembránového prostoru (oblast mezi vnitřní a vnější membránou). Vodíkové kationty jsou poté čerpány opět přesně opačným směrem, tedy zpět do matrix mitochondrie. K tomuto kroku ale potřebují jistý přenašeč, kterým je tzv. ATP-syntáza.

ATP-syntáza je složitý proteinový komplex umístěný napříč mitochondriální vnitřní membránou. Jde v podstatě o pumpu umožňující průchod vodíkových kationtů H⁺ zpět do matrix mitochondrie. ATP-syntáza dovoluje vodíkovým kationtům proudit po gradientu svého elektrochemického potenciálu - budou se pohybovat z míst s vyšší koncentrací těchto kationtů do míst s koncentrací nižší. ATP-syntáza je díky své struktuře schopna se „otáčet“ - průchod protonů přes membránu do matrix skrze ATP-syntázu vyvolává otáčení celého tohoto proteinového komplexu, čímž dochází k tvorbě energie, tedy ATP z původního ADP (adenosindifosfátu, který je fosforylován) získaného v citrátovém cyklu.

Je nutné zmínit, že celý proces je ve skutečnosti mnohem složitější a velice „promyšlený“. Využívá velkého množství různých enzymů a prochází celou řadou menších dílčích kroků, kterými se zde ale zabývat nebudeme. Navíc je důležité zmínit, že tyto reakce probíhají jen tehdy, je-li ve svalové tkáni dostupný kyslík.

Citrátový cyklus není tedy jen zdrojem energie, ale také zásadním procesem, během něhož vznikají meziprodukty důležité pro mnohé anabolické reakce - díky tomu je výchozím bodem pro řadu syntetických procesů. Některé jeho meziprodukty se stávají substrátem pro jiné metabolické dráhy, jiné naopak citrátovým cyklem končí.

Meziprodukty citrátového cyklu jsou využity např.:

• při glukoneogenezi: tedy tvorbě glukózy, pokud je zapotřebí. Zde je k tvorbě glukózy výchozím bodem malát pocházející citrátového cyklu. Dalšími reakcemi se mění až na glukózu (takže pokud tělu chybí cukr, tohle je možnost, jak si jej zajistit)
• při syntéze mastných kyselin a cholesterolu využívající citrát z citrátového cyklu
• při biosyntéze aminokyselin, kdy cyklus může sloužit jako zdroj uhlíkových koster k syntéze některých aminokyselin.

Pokud jsou tedy některé meziprodukty citrátového cyklu odčerpány anabolickými procesy (např. syntetické reakce, při kterých vznikají z látek jednodušších vznikají látky složitější), je třeba je do cyklu doplnit pomocí tzv. anaplerotických reakcí.  Příkladem takové reakce je například přeměna pyruvátu na oxaloacetát ve chvíli, kdy je nadbytek Acetyl-CoA (po tom, co se najíme), aby mohl cyklus probíhat rychleji. Viz obrázek. (zdroj:  Voet D. a Voet J.G 1995):

Celý cyklus může ovlivnit také cílené doplňování některých aminokyselin. Pro sportující osoby by mohla být zajímavá např. aminokyselina arginin často doplňována v rámci sportovní suplementace. Arginin je jedním ze substrátů tvorby α-ketoglutarátu nebo-li 2-oxoglutarátu, přičemž α-ketoglutarát známe z některých předtréninkových nápojů, kam se přidává jako rychlý zdroj energie pro obnovu ATP. Arginin je mimo jiné také nutný pro zvýšení syntézy bílkovin (proteosyntézu) - za prvé stimuluje růstový hormon a za druhé je zdrojem oxidů dusíku pomáhajícímu lépe prokrvit svaly, čímž umožňuje lepší vstřebatelnost živin, lepší "napumpování" a ve výsledku svalový růst.

Těchto pár zmíněných reakcí tedy ukazuje, že citrátový cyklus je jakýmsi centrem metabolismu poskytujícím celou řadu důležitých sloučenin nezbytných pro celý organismus.

Zdroje:

ALBERTS, Bruce , et al.. The Molecular Biology of the Cell. [s.l.] : Garland Science, 2002

BARTLETT, P. N.. Bioelectrochemistry: fundamentals, experimental techniques and applications. [s.l.] : John Wiley and Sons, 2008

Voet D., Voet JG, Pratt CW, "Fundamentals of biochemistry, life at molecular level" 2nd edition, 2006 John Wiley and Sons (Asia) Pte Ltd

Autorka: Mgr. Monika Musilová – poradkyně pro výživu a suplementaci, trenérka