ciklus limunske kiseline (Krebsov ciklus, ciklus trikarboksilnih kiselina), središnji metabolički ciklus biološke oksidacije u kojem se acetilna skupina iz acetil-koenzima A (acetil-CoA), nastala metabolizmom ugljikohidrata, masti i bjelančevina, oksidira do ugljikova dioksida (CO2). Odvija se u unutrašnjosti mitohondrija eukariotskih stanica ili u citoplazmi prokariotskih stanica (osim reakcije koju katalizira enzim sukcinat-dehidrogenaza – taj se enzim u eukariota nalazi na unutarnjoj membrani mitohondrija, a u bakterijama u staničnoj membrani). Ciklus je dobio ime po prvoj reakciji ciklusa – nastajanju limunske kiseline. Naziva se i Krebsovim ciklusom po otkrivaču Hansu Adolfu Krebsu, koji je za to otkriće 1953. dobio Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu.
Reakcije ciklusa limunske kiseline
Glikoliza i ciklus limunske kiseline povezani su reakcijom oksidacijske dekarboksilacije, odnosno izdvajanjem CO2 iz karboksilne skupine piruvata. U aerobnim uvjetima, piruvat nastao glikolizom ulazi u matriks mitohondrija gdje od piruvata, s pomoću velikog enzimskog kompleksa piruvat-dehidrogenaze (→ dehidrogenacija) nastaju CO2, reducirani koenzim nikotinamid-adenin-dinukleotid NADH i acetil-koenzim A. U ciklusu limunske kiseline, spoj od četiri ugljikova atoma (oksaloacetat) spaja se s acetil-koenzimom A u limunsku kiselinu (odnosno citrat, višeatomni anion limunske kiseline). Enzim akonitaza katalizira izomerizaciju citrata u izocitrat. Potom slijede dvije uzastopne reakcije oksidativne dekarboksilacije, a u svakoj od njih dolazi do izdvajanja po jedne molekule CO2 i nastanka jedne molekule reduciranoga koenzima NADH te nastaje sukcinil-CoA (molekula s četiri atoma ugljika). Sukcinil-CoA prevodi se u sukcinat, a pritom energija nastala hidrolizom tioesterske veze rabi se za sintezu visokoenergijske fosfatne veze u gvanozin-trifosfatu (GTP) ili adenozin-trifosfatu (ATP) fosforilacijom gvanozin-difosfata (GDP). Posljednji stupanj ciklusa limunske kiseline jesu reakcije u kojima se obnavlja oksaloacetat tako da se sukcinat prevodi u fumarat oksidacijom, fumarat hidracijom prelazi u malat i konačno se malat oksidira u oksaloacetat.
Pojednostavljena jednadžba ciklusa limunske kiseline je
Acetil-koenzim A + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O → 2 CO2 + 3 NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + koenzim A-SH
Jednim okretom ciklusa limunske kiseline nastaju tri molekule NADH, jedna molekula FADH2, jedna molekula GTP (ili ATP) te dvije molekule CO2. Ugljikovi atomi koji su u ciklus ušli kao dio acetil-koenzima A, iz prvoga kruga ciklusa ne izlaze kao CO2. U četiri oksidacijsko-redukcijske reakcije ciklusa limunske kiseline, elektroni se prenose na reducirane nosače elektrona; tri para elektrona prenose se na nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD+), a jedan se par prenosi na flavin-adenin-dinukleotid (FAD). Iako se kisik ne rabi izravno u ciklusu limunske kiseline, ciklus se može odvijati samo u aerobnim uvjetima. Potrebni su mu FAD i NAD+ koji se obnavljaju kad se dihidroflavin-adenin-dinukleotid FADH2 i NADH oksidiraju u reakcijama oksidacijske fosforilacije, tako da prenose svoje elektrone na kisik i konačno stvaraju ATP (stanično disanje ili biološka oksidacija). Postupnost oksidacije u ciklusu limunske kiseline omogućuje da se energija očuva u obliku kemijskih spojeva koji mogu pokrenuti mehanički rad organizma i prijenos tvari u organizmu. Ciklus limunske kiseline služi i kao izvor gradivnih molekula neophodnih za biosintetske reakcije.
