Sidrunhappe tsükkel

Selle Sidrunhappe tsükkel on biokeemiliste reaktsioonide tsükkel, mida kasutatakse orgaaniliste ainete lagundamiseks. Protsess on osa üldisest ainevahetusest ja võtab üle poole energiatootmisest. Kui sidrunhappe tsükkel on häiritud, võib esineda mitokondriaalne haigus.

Mis on sidrunhappe tsükkel?

Sidrunhappe tsükkel on metaboolse lagunemise rada ja mängib sellisena olulist rolli rakkude metabolismis. Ka tema saab seda Sidrunhappe tsükkel nimetatakse ja vastab biokeemiliste reaktsioonide tsüklile. Sidrunhappe tsükli keskmes on oksüdatsioon, mille käigus ained lagundatakse elektronide vabastamisega.

Sel viisil lagundatakse sidrunhappe tsüklis orgaanilised ained, et oleks võimalik saada biosünteesi vaheprodukte. Elusas olendis, kelle rakkudel on tuum, toimub sidrunhappe tsükkel rakkude mitokondriaalses maatriksis. Kõigi muude elusolendite korral asub see tsütoplasmas.

Kui sidrunhappe tsükkel toimub vastupidises järjekorras, nimetatakse seda sidrunhappe redutseerivaks tsükliks. Selline redutseeriv sidrunhappe tsükkel toimub näiteks süsiniku assimileerimisel mitmesuguste bakterite kehas.

Sidrunhappe tsükkel võlgneb oma nime tsitraadile, mida tuntakse sidrunhappe anioonina. Hans A. Krebs kirjeldas esimesena sidrunhappe tsüklit, nii et seda tsüklit nimetatakse ka Krebsi tsükliks.

Funktsioon ja ülesanne

Sidrunhappe tsükkel pakub inimorganismile vahesaadusi orgaaniliste komponentide ehitamiseks. Samuti varustab see inimesi energiaga, nii otseselt kui ka kaudselt biokeemilisel kujul. Valkude, rasvade ja süsivesikute metabolismi lagunemisteed kohtuvad sidrunhappe tsüklis aktiveeritud äädikhappe vormis.

Kui suhkrud, rasvad ja aminohapped lagunevad, moodustub vahesaadus atsetüül-CoA. See atsetüül-CoA lagundatakse sidrunhappe tsüklis CO2 ja H2O-ks. Esimene samm on kondensatsioon. Atsetüül-CoA-st pärit C-2 molekul kondenseeritakse koos C-4 molekuliga tsitreerumiseks, st C-6 molekuliks. See C-6 tsitraat on nüüd lagundatud. Lagundamine toimub kahekordse süsinikdioksiidi vabanemisega ja see loob ühendi C-4 suktsinaadi. Sellele järgneb kaheastmeline oksüdatsioon. C-4 ühendist saab oksaloatsetaat ja võib alata uus tsükkel.

Pärast iga tsüklit on atsetüüljääk, st veel üks C-2 molekul. Kaks CO2 molekuli lahkuvad tsüklist. Üks C-4 molekul kulub ühe C-6 molekuli moodustumisel. Alles pärast ringluse lõpulejõudmist saab selle uuesti taastada. Kui tsükkel on lõppenud, oksüdeeritakse atsetaat veeks ja süsinikdioksiidiks. Reaktsioonide üksikud etapid toimuvad hüdratsiooni, dehüdratsiooni, dehüdratsiooni ja dekarboksüülimise kaudu.

Sidrunhappetsükli kõiki harusid silmas pidades võib rääkida tsükli ühendamisest kogu ainevahetusega. Seega on tsükkel ette nähtud ka anaboolsete metaboolsete radade ettevalmistamiseks. Ainult neli alfa-ketoglutaraadi, isotsitraadi, malaadi ja suktsinaadi dehüdratsiooni pakuvad energiat. See energiavarustus on tingitud oksüdatsioonist, mille HCO2 läbib hingamisahela osana. Seda energiat vajatakse hingamisahelas oksüdatiivse fosforüülimise osana, et saada ATP adenosiindifosfaadist.

Sidrunhappe tsükli oksüdatsioon on seetõttu tihedalt seotud energia säilimisega hingamisahelas. Ligikaudu pooled kõigist energiatootmisele reageerivatest ainetest toimuvad seetõttu ainevahetuses sidrunhappe tsükli kaudu.

Haigused ja tervisehäired

Väärarenguid ja mitokondrite kahjustusi tuntakse ka mitokondriopaatiatena. Selliste väärarengute korral ei saa sidrunhappe tsükkel toimuda tavapärasel määral. Energiat ei ole enam ATP kujul piisavas koguses. Seetõttu tunnevad patsiendid nõrkust, väsimust ja kurnatust.

Mitokondriaalsed patoloogiad võivad olla pärandunud või omandatud keskkonnamõjude kaudu. Nende kahe vormi vahel on sageli seos. Näiteks jääb pärilik vorm sageli ilma sümptomiteta, kuni puhangut algatavad keskkonnamõjud.

Rakkude ebapiisavat energiavarustust peetakse tänapäeval mitmesuguste neurodegeneratiivsete haiguste võimalikuks põhjustajaks. Vähk ja südame-veresoonkonna haigused on nüüd mitokondiaalse raja tähenduses seotud ka häiritud rakkude ainevahetusega.

Sõltuvalt sellest, millised protsessid on mitokondrites häiritud, räägime erinevatest mitokondriaalsetest patoloogiatest. Kui näiteks püruvaadi lagunemine on häiritud, ei saa glükoosi põlemine enam piisavalt toimuda ja glükoosi põlemisel tekkiv lõpptoode, s.o glükolüüs, ei saa rännata sidrunhappe tsüklisse. Enamasti eelneb sellele nähtusele mutatsioon X-seotud semidominantses pärandis.

Kuid võib esineda ka mitokondriaalseid patoloogiaid, millel on muud mõju sidrunhappe tsüklile. Atsetüül-CoA töödeldakse edasi glükolüüsi tsüklis. See on süsivesikute põlemisel eelviimane samm, mis toimub enne hingamisahelat. Kui see protsess on häiritud, võib põhjuseks olla ketoglutaraatdehüdrogenaasi puudumine, näiteks ensüümi puudus. Võimalik põhjus võib olla ka fumaraasi puudumine.

Mitokondriaalsed patoloogiad väljenduvad piimhappe ülekoormuses, mis on omakorda tingitud püruvaadi kogunemisest enne sidrunhappe tsüklit. Sümptomiteks on tavaliselt lihaste ja neuroloogilised kaebused. Mitokondriaalsed patoloogiad erinevad muteerunud mitokondrite arvu poolest, kuid edenevad tavaliselt kiiresti. Terapeutiliste meetmetena pole põhjuslikke ravivõimalusi praegu saadaval, ainult sümptomaatiline ravi.