Как еда превращается в энергию: цикл Кребса без формул

Цикл Кребса (или цикл лимонной кислоты) для студентов – одна из самых пугающих тем в учебнике. Восемь реакций и труднопроизносимые названия. О нём слышали все, но не все представляют, что это такое. А между тем это один из самых крутых механизмов в живой природе – химическая карусель, которая превращает любую еду в энергию и углекислый газ (тот самый, что мы выдыхаем прямо сейчас).

Отказ ценой в Нобелевку

Открыл этот процесс немецкий биохимик Ханс Кребс в 1937 году. На тот момент он уже бежал из нацистской Германии в Великобританию и по крохам создавал новую лабораторию. Научный журнал Nature поначалу отклонил его статью про цикл лимонной кислоты, посчитав её «недостаточно интересной для читателей».

Спустя 16 лет, в 1953 году, за это «неинтересное» открытие Кребс получил Нобелевскую премию. Он сумел доказать, что любая еда – от кусочка сахара до жирного стейка – в конечном счёте сгорает в одной и той же биохимической топке. Разница только в том, сколько времени занимает подготовка к сжиганию.

Единый стандарт

Чтобы организм жил, нужна единая энергетическая валюта – молекулы АТФ. Но клетка не может засунуть кусок котлеты напрямую в генератор. Поэтому ферменты разбирают сложные углеводы, жиры и белки на мелкие кусочки и собирают их в единый стандартный «брикет» – молекулу ацетил-КоА из двух атомов углерода.

Однако сам по себе этот брикет энергии не даёт. Его нужно сжечь. Тут и включается главный конвейер.

Как сгорает топливо

В митохондрии («электростанции» клетки) дежурит молекула-носитель – щавелевоуксусная кислота (оксалоацетат) с четырьмя атомами углерода. Она подхватывает двухуглеродный кирпич, связывается с ним – и получается лимонная кислота из шести атомов. Отсюда и второе название процесса: цикл лимонной кислоты.

Дальше начинается разбор получившейся молекулы. Первый атом углерода отрывается на начальных поворотах круга и вылетает наружу при выдохе в составе молекулы углекислого газа (CO₂).

Следом отправляется и второй атом углерода, с очередной порцией CO₂. На этих этапах, а также в ходе дальнейшей перестройки молекулы клетка собирает энергию, заряжая переносчики, молекулы НАДН и ФАДН₂, как портативные «аккумуляторы».

Оба атома углерода отданы, остался исходный носитель (щавелевоуксусная кислота) с четырьмя атомами углерода. Он свободен и готов загрузить новый топливный брикет. Круг закончился, чтобы начаться заново. Сам четырёхатомный бегунок цикла никогда не расходуется.

Циклу нужен кислород

Цикл Кребса сам по себе почти не даёт энергии. Его роль – зарядить НАДН и ФАДН₂. Дальше эти заряженные молекулы несут электроны на дыхательную цепь митохондрий, где и происходит массовое производство АТФ.

Подача кислорода там критична: он стоит в самом конце конвейера и принимает отработанные электроны. Если кислорода нет, переносчикам некуда сбрасывать груз, весь конвейер намертво блокируется, и клетка гибнет за считанные минуты.

Смысл всей конструкции: разобрать еду на одинаковые брикеты, прогнать их по кругу, отпустить углерод с выдохом, а энергию электронов упаковать в молекулы АТФ. Ничего лишнего: просто и гениально.

via