След това ацетил-SCoA, образуван в реакцията на PVC-дехидрогеназа, влиза цикъл на трикарбоксилна киселина(CTC, цикъл на лимонена киселина, цикъл на Кребс). В допълнение към пирувата, в цикъла участват и кетокиселини, идващи от катаболизма. аминокиселиниили всякакви други вещества.
Цикъл на трикарбоксилна киселина
Цикълът влиза митохондриален матрикси представлява окисляванемолекули ацетил-SCoAв осем последователни реакции.
При първата реакция те се свързват ацетили оксалоацетат(оксалооцетна киселина) да се образува цитрат(лимонена киселина), след което лимонената киселина изомеризира до изоцитрати две реакции на дехидрогениране с едновременно освобождаване на CO 2 и редукция на NAD.
При петата реакция се образува GTP, това е реакцията субстратно фосфорилиране. След това FAD-зависимото дехидрогениране се извършва последователно сукцинат(янтарна киселина), хидратация фумаренкиселина нагоре малат(ябълчена киселина), след това NAD-зависимо дехидрогениране с образуването на оксалоацетат.
В резултат на това след осем реакции на цикъла отновообразува се оксалоацетат .
Последните три реакции образуват така наречения биохимичен мотив (FAD-зависимо дехидрогениране, хидратиране и NAD-зависимо дехидрогениране, използва се за въвеждане на кето група в сукцинатната структура. Този мотив присъства и в реакциите на β-окисление на мастни киселини . В обратен ред (намаляване, дехидратация и възстановяване) този мотив се наблюдава в реакциите на синтез на мастни киселини.
DTC функции
1. Енергия
- поколение водородни атомиза работата на дихателната верига, а именно три молекули NADH и една молекула FADH2,
- синтез на единична молекула GTP(еквивалент на АТФ).
2. Анаболни. В КТК се образуват
- прекурсор на хема сукцинил-SCoA,
- кето киселини, които могат да се превърнат в аминокиселини - α-кетоглутаратза глутаминова киселина, оксалоацетатза аспарагин,
- лимонова киселина, използвани за синтеза на мастни киселини,
- оксалоацетат, използван за синтеза на глюкоза.
Анаболни реакции на TCA
Регулиране на цикъла на трикарбоксилната киселина
Алостерична регулация
Ензимите, катализиращи 1-ва, 3-та и 4-та реакции на TCA, са чувствителни към алостерична регулацияметаболити:
Регулиране на наличността на оксалоацетат
главени основенрегулаторът на TCA е оксалоацетат, или по-скоро неговата наличност. Наличието на оксалоацетат включва ацетил-SCoA в TCA цикъла и стартира процеса.
Обикновено клетката има балансмежду образуването на ацетил-SCoA (от глюкоза, мастни киселини или аминокиселини) и количеството оксалоацетат. Източникът на оксалоацетат е пируват, (образуван от глюкоза или аланин), получен от аспарагинова киселинав резултат на трансаминиране или цикъла AMP-IMF, а също и от плодови киселинисамия цикъл (янтарна, α-кетоглутарова, ябълчна, лимонена), които могат да се образуват по време на катаболизма на аминокиселини или да идват от други процеси.
Синтез на оксалоацетат от пируват
Регулиране на ензимната активност пируват карбоксилазаосъществено с участието ацетил-SCoA. То е алостерично активаторензим и без него пируват карбоксилазата е практически неактивна. Когато ацетил-SCoA се натрупва, ензимът започва да работи и се образува оксалоацетат, но, разбира се, само в присъствието на пируват.
Също и повечето аминокиселинипо време на своя катаболизъм те са в състояние да се превърнат в метаболити на TCA, които след това отиват в оксалоацетат, който също поддържа активността на цикъла.
Попълване на пула от TCA метаболити от аминокиселини
Реакциите на попълване на цикъла с нови метаболити (оксалоацетат, цитрат, α-кетоглутарат и др.) се наричат анаплеротичен.
Ролята на оксалоацетат в метаболизма
Пример значителна роля оксалоацетатслужи за активиране на синтеза на кетонни тела и кетоацидозакръвна плазма при недостатъчноколичеството оксалоацетат в черния дроб. Това състояние се наблюдава по време на декомпенсация на инсулинозависим захарен диабет (диабет тип 1) и по време на гладуване. При тези нарушения процесът на глюконеогенеза се активира в черния дроб, т.е. образуването на глюкоза от оксалоацетат и други метаболити, което води до намаляване на количеството на оксалоацетат. Едновременното активиране на окисляването на мастни киселини и натрупването на ацетил-SCoA задейства резервен път за използване на ацетилната група - синтез кетонни тела . В този случай тялото развива подкиселяване на кръвта ( кетоацидоза) с характерна клинична картина: слабост, главоболие, сънливост, понижен мускулен тонус, телесна температура и кръвно налягане.
Промяна в скоростта на TCA реакциите и причините за натрупването на кетонни тела при определени условия
Описаният метод на регулиране с участието на оксалоацетат е илюстрация на красивата формулировка " Мазнините горят в пламъка на въглехидратите". Това означава, че "горящият пламък" на глюкозата води до появата на пируват, а пируватът се превръща не само в ацетил-SCoA, но и в оксалоацетат.Наличието на оксалоацетат гарантира включването на ацетилна група, образувана от мастни киселинипод формата на ацетил-SCoA, в първата реакция на TCA.
В случай на мащабно "изгаряне" на мастни киселини, което се наблюдава в мускулите по време физическа работа и в черния дроб гладуване, скоростта на навлизане на ацетил-SCoA в TCA реакцията ще зависи пряко от количеството оксалоацетат (или окислена глюкоза).
Ако количеството оксалоацетат в хепатоцитне е достатъчно (няма глюкоза или не се окислява до пируват), тогава ацетилната група ще отиде за синтеза на кетонни тела. Това се случва, когато продължително гладуванеи диабет тип 1.
По-голямата част от химическата енергия на въглерода се освобождава при аеробни условия с участието на кислород. Цикълът на Кребс се нарича още цикъл на лимонена киселина или клетъчно дишане. В дешифрирането на отделните реакции на този процес са участвали много учени: А. Сент-Дьорги, А. Ленингер, Х. Кребс, на когото е кръстен цикълът, С. Е. Северин и др.
Съществува тясна връзка между анаеробното и аеробното смилане на въглехидратите. На първо място, той се изразява в присъствието на пирогроздена киселина, която завършва анаеробното разграждане на въглехидратите и започва клетъчното дишане (цикълът на Кребс). И двете фази се катализират от едни и същи ензими. Химическата енергия се освобождава по време на фосфорилирането и се запазва под формата на АТФ макроерги. В химичните реакции участват едни и същи коензими (NAD, NADP) и катиони. Разликите са следните: ако анаеробното смилане на въглехидратите е локализирано предимно в хиалоплазмата, тогава реакциите на клетъчното дишане протичат главно в митохондриите.
При определени условия се наблюдава антагонизъм между двете фази. Така че, в присъствието на кислород, гликолизата рязко намалява (ефект на Пастьор). Продуктите на гликолиза могат да инхибират аеробния метаболизъм на въглехидратите (ефектът на Crabtree).
Цикълът на Кребс има редица химична реакция, в резултат на което продуктите от разграждането на въглехидратите се окисляват до въглероден диоксид и вода, а химическата енергия се натрупва в макроергични съединения. По време на образуването на "носител" - оксалооцетна киселина (SOC). Впоследствие настъпва кондензация с "носителя" на остатъка от активирана оцетна киселина. Има трикарбоксилна киселина - лимонена. По време на химичните реакции има "оборот" на остатъка от оцетна киселина в цикъла. От всяка молекула пирогроздна киселина се образуват осемнадесет молекули аденозин трифосфат. В края на цикъла се освобождава "носител", който реагира с нови молекули на остатъка от активирана оцетна киселина.
Цикъл на Кребс: реакции
Ако крайният продукт на анаеробното смилане на въглехидратите е млечна киселина, то под въздействието на лактат дехидрогеназа тя се окислява до пирогроздна киселина. Част от молекулите на пирогроздена киселина се използва за синтеза на „носителя” на BJC под въздействието на ензима пируват карбоксилаза и в присъствието на Mg2+ йони. Част от молекулите на пирогроздена киселина е източникът на образуването на "активен ацетат" - ацетилкоензим А (ацетил-КоА). Реакцията се осъществява под въздействието на пируват дехидрогеназа. Ацетил-КоА съдържа, който акумулира около 5-7% от енергията. Основната маса на химическата енергия се образува в резултат на окисляването на "активния ацетат".
Под влияние на цитрат синтетазата започва да функционира самият цикъл на Кребс, което води до образуването на цитратна киселина. Тази киселина под въздействието на аконитат хидратаза се дехидратира и се превръща в цис-аконинова киселина, която след добавяне на водна молекула преминава в изолимонена киселина. Между трите трикарбоксилни киселини се установява динамично равновесие.
Изоцитната киселина се окислява до оксалоянтарна киселина, която се декарбоксилира и се превръща в алфа-кетоглутарова киселина. Реакцията се катализира от ензима изоцитрат дехидрогеназа. Алфа-кетоглутаровата киселина под въздействието на ензима 2-оксо-(алфа-кето)-глутарат дехидрогеназа се декарбоксилира, което води до образуването на сукцинил-КоА, съдържащ макроергична връзка.
На следващия етап сукцинил-КоА, под действието на ензима сукцинил-КоА синтетаза, прехвърля макроергичната връзка към GDP (гуанозин дифосфатна киселина). GTP (гуанозин трифосфатна киселина) под въздействието на ензима GTP-аденилат киназа дава макроергична връзка с AMP (аденозин монофосфатна киселина). Цикъл на Кребс: формули - GTP + AMP - GDP + ADP.
Под въздействието на ензима сукцинат дехидрогеназа (SDH) се окислява до фумарова. Коензимът на SDH е флавин аденин динуклеотид. Фумаратът под въздействието на ензима фумарат хидратаза се превръща в ябълчна киселина, която от своя страна се окислява, образувайки ВОС. В присъствието на ацетил-КоА в реакционната система, BFA отново се включва в цикъла на трикарбоксилната киселина.
Така от една молекула глюкоза се образуват до 38 молекули АТФ (две - поради анаеробна гликолиза, шест - в резултат на окисляването на две NAD H + H + молекули, които са се образували по време на гликолитично окисление, и 30 - поради TCA). Ефективността на CTC е 0,5. Останалата енергия се разсейва като топлина. В TCA 16-33% от млечната киселина се окислява, останалата част от нейната маса се използва за ресинтеза на гликоген.
Цикълът на трикарбоксилната киселина е открит за първи път от английския биохимик Кребс. Той е първият, който постулира значението на този цикъл за пълното изгаряне на пирувата, чийто основен източник е гликолитичното превръщане на въглехидратите. Впоследствие беше показано, че цикълът на трикарбоксилната киселина е "фокусна точка", в която се сливат почти всички метаболитни пътища.
Така ацетил-КоА, образуван в резултат на окислително декарбоксилиране на пируват, влиза в цикъла на Кребс. Този цикъл се състои от осем последователни реакции (фиг. 91). Цикълът започва с кондензацията на ацетил-КоА с оксалоацетат и образуването на лимонена киселина. ( Както ще се види по-долу, не самият ацетил-КоА се подлага на окисление в цикъла, а по-сложно съединение, лимонена киселина (трикарбоксилна киселина).)
Тогава лимонената киселина (съединение с шест въглерода) чрез поредица от дехидрогениране (отвличане на водород) и декарбоксилиране (елиминиране на CO 2) губи два въглеродни атома и оксалоацетатът (съединение с четири въглерода) се появява отново в цикъла на Кребс, т.е. в резултат на пълен обрат на цикъла, молекулата ацетил-КоА изгаря до CO 2 и H 2 O, а оксалоацетатната молекула се регенерира. По-долу са изброени всичките осем последователни реакции (етапи) от цикъла на Кребс.
При първата реакция, катализирана от ензима цитрат синтаза, ацетил-КоА кондензира с оксалоацетат. В резултат на това се образува лимонена киселина:
Очевидно при тази реакция цитрил-КоА, свързан с ензима, се образува като междинно съединение. Последният след това спонтанно и необратимо хидролизира, за да образува цитрат и HS-KoA.
При втората реакция на цикъла образуваната лимонена киселина претърпява дехидратация с образуване на цис-аконинова киселина, която чрез добавяне на водна молекула преминава в изолимонена киселина. Тези обратими реакции на хидратация-дехидратация се катализират от ензима аконитат-хидратаза:
В третата реакция, която изглежда е ограничаващия скоростта цикъл на Кребс, изолимонената киселина се дехидрогенира в присъствието на NAD-зависима изоцитрат дехидрогеназа:
(Има два вида изоцитрат дехидрогенази в тъканите: NAD- и NADP-зависими. Установено е, че ролята на основен катализатор за окисляването на изолимонената киселина в цикъла на Кребс се изпълнява от NAD-зависима изоцитрат дехидрогеназа.)
По време на реакцията на изоцитрат дехидрогеназа, изоцитратната киселина се декарбоксилира. NAD-зависимата изоцитрат дехидрогеназа е алостеричен ензим, който изисква ADP като специфичен активатор. Освен това ензимът се нуждае от Mg 2+ или Mn 2+ йони, за да прояви своята активност.
В четвъртата реакция се получава окислително декарбоксилиране на α-кетоглутарова киселина до сукцинил-КоА. Механизмът на тази реакция е подобен на реакцията на окислително декарбоксилиране на пируват до ацетил-КоА. Комплексът α-кетоглутарат дехидрогеназа наподобява комплекса на пируват дехидрогеназа по своята структура. И в двата случая в реакцията участват пет коензима: TDP, амид на липоева киселина, HS-KoA, FAD и NAD. В обобщение, тази реакция може да се запише по следния начин:
Петата реакция се катализира от ензима сукцинил-КоА синтетаза. По време на тази реакция сукцинил-КоА, с участието на БВП и неорганичен фосфат, се превръща в янтарна киселина (сукцинат). В същото време образуването на високоенергийна фосфатна връзка на GTP1 възниква поради високоенергийната тиоетерна връзка на сукцинил-CoA:
(След това полученият GTP дарява своята терминална фосфатна група на ADP, което води до образуването на ATP. Образуването на високоенергиен нуклеозид трифосфат по време на реакцията на сукцинил-КоА синтетаза е пример за фосфорилиране на ниво субстрат.)
В шестата реакция сукцинатът се дехидрогенира до фумарова киселина. Окислението на сукцинат се катализира от сукцинат дехидрогеназа, в чиято молекула коензимът FAD е ковалентно свързан с протеина:
При седмата реакция получената фумарова киселина се хидратира под въздействието на ензима фумарат хидратаза. Продуктът от тази реакция е ябълчна киселина (малат). Трябва да се отбележи, че фумарат хидратазата има стереоспецифичност - по време на тази реакция се образува L-ябълчена киселина:
И накрая, в осмата реакция на цикъла на трикарбоксилната киселина, под влиянието на митохондриалната NAD-зависима малатдехидрогеназа, L-малатът се окислява до оксалоацетат:
Както се вижда, в един оборот от цикъла, състоящ се от осем ензимни реакции, настъпва пълно окисление („изгаряне“) на една молекула ацетил-КоА. За непрекъснатата работа на цикъла е необходимо постоянно подаване на ацетил-КоА към системата, а коензимите (NAD и FAD), които са преминали в редуцирано състояние, трябва да се окисляват отново и отново. Това окисляване се извършва в системата носител на електрони (или респираторната ензимна верига), разположена в митохондриите.
Енергията, освободена в резултат на окисляването на ацетил-КоА, до голяма степен е концентрирана във високоенергийните фосфатни връзки на АТФ. От четирите двойки водородни атоми, три двойки се прехвърлят през NAD към електронната транспортна система; в този случай за всяка двойка в биологичната окислителна система се образуват три АТФ молекули (в процеса на конюгирано окислително фосфорилиране) и следователно общо девет АТФ молекули. Една двойка атоми навлиза в системата за транспорт на електрони през FAD, което води до образуването на 2 молекули АТФ. По време на реакциите на цикъла на Кребс също се синтезира 1 молекула GTP, което е еквивалентно на 1 молекула ATP. И така, по време на окисляването на ацетил-КоА в цикъла на Кребс се образуват 12 АТФ молекули.
Както вече беше отбелязано, 1 молекула NADH 2 (3 молекули АТФ) се образува по време на окислителното декарбоксилиране на пируват до ацетил-КоА. Тъй като разграждането на една молекула глюкоза произвежда две молекули пируват, когато те се окисляват до 2 молекули ацетил-КоА и следващите два завъртания на цикъла на трикарбоксилната киселина, се синтезират 30 молекули АТФ (следователно окисляването на една молекула пируват до CO 2 и H 2 O дава 15 молекули АТФ).
Към това трябва да се добавят 2 молекули АТФ, образувани по време на аеробна гликолиза, и 4 молекули АТФ, синтезирани поради окисляването на 2 молекули екстрамитохондриален NADH 2, които се образуват при окисляването на 2 молекули глицералдехид-3-фосфат в реакция на дехидрогеназа. Общо получаваме, че когато 1 молекула глюкоза се разгради в тъканите според уравнението: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, се синтезират 36 АТФ молекули, което допринася за натрупването на аденозин трифосфат в макроергични фосфатни връзки 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (или, според други източници, 36 X 38 ~ 1430 kJ) свободна енергия. С други думи, от всички освободени аеробно окислениесвободна енергия глюкоза (около 2840 kJ), до 50% от нея се натрупва в митохондриите под форма, която може да се използва за изпълнение на различни физиологични функции. Без съмнение, по отношение на енергията, пълното разграждане на глюкозата е по-ефективен процес от гликолизата. Трябва да се отбележи, че молекулите на NADH 2, образувани по време на превръщането на глицералдехид-3-фосфат 2, впоследствие дават не 6 молекули АТФ, а само 4 при окисляване. Въпреки това, електроните, които те даряват, могат да бъдат включени в митохондриалната верига на биологично окисление с помощта на така наречения глицерофосфатен совалков механизъм (фиг. 92). Както се вижда на фигурата, цитоплазменият NADH 2 първо реагира с цитоплазмения дихидроксиацетон фосфат, за да образува глицерол-3-фосфат. Реакцията се катализира от NAD-зависима цитоплазмена глицерол-3-фосфат дехидрогеназа.
Кратка историческа информация
Нашият любим цикъл е CTC, или Цикълът на трикарбоксилните киселини - животът на Земята и под Земята и в Земята ... Спрете, но като цяло това е най-удивителният механизъм - той е универсален, той е чрез окисляване на разпада продукти от въглехидрати, мазнини, протеини в клетките на живите организми, в резултат на което получаваме енергия за дейността на нашето тяло.
Този процес е открит от самия Ханс Кребс, за което той получи Нобелова награда!
Роден е на 25 август - 1900 г. в германския град Хилдесхайм. Получено медицинско образованиеУниверситета в Хамбург, продължи биохимичните изследвания под ръководството на Ото Варбург в Берлин.
През 1930 г., заедно със студент, той открива процеса на неутрализиране на амоняка в тялото, който е бил в много представители на живия свят, включително и хората. Този цикъл е цикълът на урея, известен също като цикъл на Кребс №1.
Когато Хитлер идва на власт, Ханс емигрира в Обединеното кралство, където продължава да учи наука в университетите в Кеймбридж и Шефилд. Развивайки изследванията на унгарския биохимик Алберт Сент-Дьорди, той получава прозрение и прави най-известния цикъл на Кребс No2, или иначе казано „цикълът Сент-Дьорги-Кребс” – 1937г.
Резултатите от изследването се изпращат до списание "Nature", което отказва да публикува статията. След това текстът лети до списание "Enzymologia" в Холандия. Кребс получава Нобелова награда за физиология и медицина през 1953 г.
Откритието е невероятно: през 1935 г. Szent-Györgyi открива, че янтарната, оксалооцетната, фумаровата и ябълчната киселини (всички 4 киселини са естествени химически компоненти на животинските клетки) засилват процеса на окисление в гръдния мускул на гълъба. Което е настъргано.
Именно в него метаболитните процеси протичат с най-висока скорост.
F. Knoop и K. Martius през 1937 г. установяват, че лимонената киселина се превръща в изолимонена киселина чрез междинен продукт, цис - аконитова киселина. Освен това изолимонената киселина може да се превърне в α-кетоглутарова киселина, а тази киселина в янтарна киселина.
Кребс забелязва ефекта на киселините върху усвояването на O2 от гръдния мускул на гълъба и разкрива техния активиращ ефект върху окисляването на PVC и образуването на ацетил-коензим А. Освен това процесите в мускула се инхибират от малонова киселина , която е подобна на янтарната киселина и може да инхибира конкурентно ензими, чийто субстрат е янтарна киселина.
Когато Кребс добави малонова киселина към реакционната среда, започва натрупването на а-кетоглутарова, лимонена и янтарна киселини. Така става ясно, че съвместното действие на а-кетоглутаровата, лимонената киселини води до образуването на янтарна.
Ханс изследва повече от 20 вещества, но те не оказват влияние върху окисляването. Сравнявайки получените данни, Кребс получи цикъл. В самото начало изследователят не можеше да каже точно дали процесът започва с лимонена или изолимонена киселина, затова го нарече „цикъл на трикарбоксилна киселина“.
Сега знаем, че първият е лимонена киселина, така че правилният е цикълът на цитрата или цикълът на лимонена киселина.
При еукариотите TCA реакциите протичат в митохондриите, докато всички ензими за катализа, с изключение на 1, се съдържат в свободно състояние в митохондриалния матрикс, с изключение на сукцинат дехидрогеназата, която е локализирана върху вътрешната митохондриална мембрана и е включена в липидния двуслой. При прокариотите реакциите на цикъла протичат в цитоплазмата.
Нека се запознаем с участниците в цикъла:
1) ацетил-коензим А:- Ацетилова група
- Коензим А - Коензим А:
2) PIE - Оксалоацетат - Оксалова-оцетна киселина:
тъй като се състои от две части: оксалова и оцетна киселина.
3-4) Лимонена и изоцитритна киселини:
5) а-кетоглутарова киселина:
6) Сукцинил-Коензим А:
7) Янтарна киселина:
8) Фумарова киселина:
9) Ябълчена киселина:
Как протичат реакциите? По принцип всички сме свикнали с външния вид на пръстена, който е показан по-долу на снимката. Всичко е изброено на етапи по-долу:
1. Кондензация на ацетил-коензим А и оксал-оцетна киселина ➙ лимонена киселина.
Трансформацията на ацетил-коензим А произлиза от кондензацията с оксало-оцетна киселина, което води до образуването на лимонена киселина.
Реакцията не изисква консумация на АТФ, тъй като енергията за този процес се осигурява в резултат на хидролизата на тиоетерната връзка с ацетил-коензим А, който е макроергичен:
2. Лимонената киселина преминава през цис-аконинова киселина в изолимонена киселина.
Лимонената киселина се изомеризира до изомеризирана киселина. Конверсионният ензим - аконитаза - първо дехидратира лимонената киселина, за да образува цис-аконинова киселина, след това комбинира водата с двойната връзка на метаболита, образувайки изолимонена киселина:
3. Изолицитовата киселина се дехидрогенира за образуване на а-кетоглутарова киселина и CO2.
Изолицитовата киселина се окислява от специфична дехидрогеназа, чийто коензим е NAD.
Едновременно с окисляването се декарбоксилира изолимонена киселина. В резултат на трансформациите се образува α-кетоглутарова киселина.
4. Алфа-кетоглутаровата киселина се дехидратира ➙ сукцинил-коензим А и CO2.
Следващата стъпка е окислителното декарбоксилиране на α-кетоглутарова киселина.
Той се катализира от комплекса α-кетоглутарат дехидрогеназа, който е подобен по механизъм, структура и действие на пируватдехидрогеназния комплекс. В резултат на това се образува сукцинил-КоА.
5. Сукцинил-коензим А ➙ янтарна киселина.
Сукцинил-КоА се хидролизира до свободна янтарна киселина, освободената енергия се съхранява чрез образуването на гуанозин трифосфат. Този етап е единственият в цикъла, където енергията се освобождава директно.
6. Янтарната киселина е дехидратирана ➙ фумарова.
Дехидрогенирането на янтарната киселина се ускорява от сукцинат дехидрогеназата, нейният коензим е FAD.
7. Фумарова хидратирана ➙ ябълчна.
Фумаровата киселина, която се образува при дехидрогенирането на янтарната киселина, се хидратира и се образува ябълчна киселина.
8. Ябълчната киселина се дехидрогенира ➙ Оксалова-оцетна - цикълът е затворен.
Крайният процес е дехидрогенирането на ябълчната киселина, катализирано от малат дехидрогеназа;
Резултатът от етапа е метаболит, от който започва цикълът на трикарбоксилните киселини – оксалова оцетна киселина.
При 1 реакция от следващия цикъл ще влезе още един ml ацетил-коензим А.
Как да запомним този цикъл? Просто!
1) Много образен израз:Цял ананас и парче суфле днес всъщност е моят обяд, което съответства на цитрат, цис-аконитат, изоцитрат, (алфа-)кетоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат.
2) Още едно дълго стихотворение:
Пайк яде ацетат, оказва се цитрат,
Чрез цисаконит ще бъде изоцитрат.
След като се откаже от водорода НАВЪРХУ, той губи CO2,
Алфа-кетоглутаратът е изключително щастлив от това.
Окислението идва - NAD е откраднал водород,
TDP, коензим А поема CO2.
И енергията едва се появи в сукцинил,
Веднага се роди АТФ и остана сукцинат.
Така той стигна до FAD - има нужда от водород,
Фумаратът пиеше вода и се превръщаше в малат.
Тогава OVER стигна до малат, придоби водород,
ЩУКАТА се появи отново и тихо се скри.
3) Оригиналното стихотворение е по-кратко:
ЩУКА АЦЕТИЛ ЛИМОНИЛ,
Но Нарцисът се страхуваше
Той е над него ISOLIMONO
АЛФА - КЕТОГЛУТАРАЛ.
СУКЦИНИРАН С КОЕНЗИМ,
АМБЪР ФУМАРОВО,
ЯБЪЛКИ в магазин за зимата,
Пак се превърна в ЩУКА.
Цикъл на трикарбоксилна киселина (цикъл на Кребс)
Цикъл на трикарбоксилна киселина е открит за първи път от английския биохимик Г. Кребс.Той е първият, който постулира значението на този цикъл за пълното изгаряне на пируват, чийто основен източник е гликолитичната конверсия въглехидрати. По-късно беше показано, че цикълът на трикарбоксил киселиние центърът, където се сливат почти всички метаболитни пътища. По този начин, Цикъл на Кребс- общ краен път окисляване ацетилгрупи (под формата на ацетил-КоА), в които се превръща в процеса катаболизъмповечето от органичните молекули, играеща ролята на „клетъчна гориво»: въглехидрати, мастни киселинии аминокиселини.
Образува се в резултат на окисляване декарбоксилиранепируват в митохондриивлиза ацетил-КоА Цикъл на Кребс. Този цикъл се осъществява в матрицата митохондриии се състои от осем последователни реакции(фиг. 10.9). Цикълът започва с добавяне на ацетил-КоА към оксалоацетат и образуването лимонена киселина (цитрат). Тогава лимонова киселина(шест-въглеродно съединение) от серия дехидрогениране(отнемане водород) и две декарбоксилиране(разцепване на CO 2) губи два въглерода атоми отново вътре Цикъл на Кребссе превръща в оксалоацетат (съединение с четири въглерода), т.е. в резултат на пълен завой на цикъла едно молекулаацетил-КоА изгаря до CO 2 и H 2 O, и молекулаоксалоацетатът се регенерира. Помислете за всичките осем последователни реакции(етапи) Цикъл на Кребс.
Ориз. 10.9.Цикъл на трикарбоксилна киселина (Цикъл на Кребс).
Първо реакциякатализирани ензим cit-rat-synthase, докато ацетилацетил-КоА групата кондензира с оксалоацетат, което води до образуването на лимонова киселина:
Явно в това реакциисвързани с ензимцитрил-КоА. След това последният спонтанно и необратимо хидролизира, за да се образува цитрати HS-KoA.
В резултат на второто реакцииобразуван лимонова киселинапретърпява дехидратация с образуване на цис-аконит киселини, което чрез добавяне молекула вода, отива в изолимонена киселина(изоцитрат). Катализира тези обратими реакциихидратация-дехидратация ензимаконитат хидратаза (аконитаза). В резултат на това има взаимно движение на Н и ОН молекула цитрат:
Трето реакцияизглежда ограничава скоростта Цикъл на Кребс. изолимонена киселинадехидрогениран в присъствието на NAD-зависима изо-цитрат дехидрогеназа.
По време на изоцитрат дехидрогеназа реакции изолимонена киселинаедновременно декарбоксилирани. NAD-зависимата изоцитрат дехидрогеназа е алостерична ензим, което като специфично активаторнеобходими ADP. Освен това, ензимда изразиш своето дейносттрябва да йони Mg 2+ или Mn 2+.
По време на четвъртата реакцииокислително декарбоксилиране на α-кетоглутарин киселинис образуването на високоенергийно съединение сукцинил-КоА. Механизмът на това реакцииподобно на това реакцииокислително декарбоксилиранепируват до ацетил-КоА, комплексът α-кетоглутарат дехидрогеназа наподобява комплекса на пируват дехидрогеназа по своята структура. И в единия, и в другия случай, реакцииучаствайте 5 коензими: TPP, амид липоева киселина, HS-KoA, FAD и NAD+.
Пето реакциякатализирани ензимсукцинил-КоА-синтетаза. По време на това реакциисукцинил-КоА с участието на GTP и неорганичен фосфатпревръща се в янтарна киселина (сукцинат). В същото време образуването на високоенергийна фосфатна връзка на GTP възниква поради високоенергийната тиоетерна връзка на сукцинил-CoA:
В резултат на това шестият реакции сукцинатдехидратиран в фумарова киселина. Окисление сукцинаткатализирани сукцинат дехидрогеназа, в молекулакоето оттогава протеинздраво (ковалентно) обвързани коензимПРИЩЯВКА. На свой ред сукцинат дехидрогеназасилно свързан с вътрешните митохондриални мембрана:
седми реакцияизвършено под влияние ензимфумарат хидратаза ( фумарази). Образувани по едно и също време фумарова киселинахидратиран, продукт реакциие Ябълкова киселина(малат). Трябва да се отбележи, че фумарат хидратаза има стереоспецифичност(виж глава 4) – по време реакцииОбразува се L-ябълка киселина:
Накрая по време на осмия реакции цикъл на трикарбоксилна киселинапод влияние на митохондриална NAD-зависима малат дехидрогеназапродължава окисляване L-малат до оксалоацетат:
Както може да се види, в един завой на цикъла, състоящ се от осем ензимни реакции, завършен окисляване("изгаряне") на един молекулиацетил-КоА. За непрекъсната работа на цикъла е необходимо постоянно подаване на ацетил-КоА към системата и коензими(NAD + и FAD), които са преминали в редуцирано състояние, трябва да се окисляват отново и отново. то окисляванеизвършва в носещата система електронив дихателна верига(в дихателна верига ензими) локализиран в мембрана митохондрии. Полученият FADH 2 е силно свързан със SDH, така че предава атоми водородчрез KoQ. освободен в резултат окисляванеЕнергията на ацетил-КоА е до голяма степен концентрирана в макроергичните фосфатни връзки АТФ. От 4 пара атоми водород 3 двойкипрехвърляне на NADH към транспортната система електрони; като разчита на всеки двойкав системата на биологичните окисляванеобразуван 3 молекули АТФ(по време на конюгиране ), и следователно общо 9 молекули АТФ(виж глава 9). едно двойка атомиот сукцинат дехидрогеназа-FADH 2 навлиза в транспортната система електроничрез KoQ, което води само до 2 молекули АТФ. По време на Цикъл на Кребседин също се синтезира молекула GTP (субстрат фосфорилиране), което е еквивалентно на единица молекула АТФ. И така, при окисляванеедин молекулиацетил-КоА в Цикъл на Кребси система окислително фосфорилиранеможе да образува 12 молекули АТФ.
Ако изчислим общия енергиен ефект от гликолитичното разцепване глюкозаи последващи окисляванесе появяват две молекулипируват до CO 2 и H 2 O, тогава той ще бъде много по-голям.
Както беше отбелязано, един молекула NADH (3 молекули АТФ) се образува по време на окисляване декарбоксилиранепируват до ацетил-КоА. При разделяне на един молекули глюкозаобразуван 2 молекулипируват и окисляванедо 2 молекулиацетил-КоА и последващи 2 оборота цикъл на трикарбоксилна киселинасинтезиран 30 молекули АТФ(Следователно, окисляване молекулипируват до CO 2 и H 2 O дава 15 молекули АТФ). Към това число трябва да се добави 2 молекули АТФобразувани по време на аеробни упражнения гликолиза, и 6 молекули АТФ, синтезиран от окисляване 2 молекулиекстрамитохондриална NADH, които се образуват по време на окисляване 2 молекулиглицералдехид-3-фосфат в дехидрогеназата реакции гликолиза. Следователно, при разделяне на носни кърпиедин молекули глюкозасъгласно уравнението C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, се синтезира 38 молекули АТФ. Несъмнено, по отношение на енергията, пълното разделяне глюкозае по-ефективен процес от анаеробния гликолиза.
Трябва да се отбележи, че 2 молекули NADH в бъдеще с окисляванеможе да даде не 6 молекули АТФ, но само 4. Факт е, че те самите молекулиекстрамитохондриалните NADH не са в състояние да проникнат мембранавътре митохондрии. Те обаче дават електронимогат да бъдат включени в митохондриалната верига на биологичните окисляванес помощта на така наречения глицерол фосфатен совалков механизъм (фиг. 10.10). Цитоплазменият NADH първо реагира с цитоплазмения дихидроксиацетон фосфат, за да образува глицерол-3-фосфат. Реакциякатализа
Ориз. 10.10.Глицерол фосфатен совалков механизъм. Обяснение в текста.
се контролира от NAD-зависима цитоплазмена глицерол-3-фосфат дехидрогеназа:
Дихидроксиацетон фосфат + NADH + H +<=>Глицерол-3-фосфат + NAD +.
Полученият глицерол-3-фосфат лесно прониква през митохондриите мембрана. Вътре митохондриидруга (митохондриална) глицерол-3-фосфат дехидрогеназа (флавин ензим) окислява глицерол-3-фосфат отново до дихидроксиацетон фосфат:
Глицерол-3-фосфат + FAD<=>Дихидроксиацетон фосфат + FADH 2.
възстановен флавопротеин(ензим-FADH 2) въвежда на нивото на KoQ, придобито от него електронивъв веригата на биологичните окисляванеи свързани с него окислително фосфорилиранеи от него излиза дихидроксиацетон фосфат митохондриив цитоплазмаи може отново да взаимодейства с цитоплазмената NADH + H + . По този начин, двойка електрони(от един молекулицитоплазмен NADH + H +), въведен в дихателна веригас помощта на совалков механизъм на глицерол фосфат дава не 3, а 2 АТФ.
Ориз. 10.11.Малат-аспартатна совалкова система за прехвърляне на редуциращи еквиваленти от цитозолния NADH към митохондриалния матрикс. Обяснение в текста.
Впоследствие беше показано, че този совалков механизъм се използва само в скелетните мускули и мозъка за прехвърляне на редуцирани еквиваленти от цитозолен NADH + H + към митохондрии.
AT клетки черен дроб, бъбреците и сърцето, функционира по-сложна совалкова система на малат като част. Работата на такъв совалков механизъм става възможна поради наличието малат дехидрогеназаи аспартат аминотрансферази както в цитозола, така и в митохондрии.
Установено е, че от цитозолен NADH + H + редуцирани еквиваленти, първо с участието ензим малат дехидрогеназа(фиг. 10.11) се прехвърлят в цитозолен оксалоацетат. В резултат на това се образува малат, който с помощта на система, която транспортира дикарбоксилни киселини, преминава през вътрешната мембрана митохондриив матрицата. Тук малатът се окислява до оксалоацетат и матричната NAD + се редуцира до NADH + H + , който вече може да прехвърли своя електронив дихателна верига ензими, локализиран от вътрешната страна мембрана митохондрии. От своя страна, полученият оксалоацетат в присъствието на глутамат и ензим ASAT влиза в реакция трансаминиране. Получените аспартат и α-кетоглутарат, с помощта на специални транспортни системи, могат да преминат през мембрана митохондрии.
Транспортирането в цитозола регенерира оксалоацетата, който задейства следващия цикъл. Като цяло процесът включва лесно обратим реакции, протича без консумация на енергия, неговата "движеща сила" е константа възстановяване NAD + в цитозола от глицералдехид-3-фосфат, който се образува по време на катаболизъм глюкоза.
Така че, ако малат-аспартатният механизъм функционира, то в резултат на пълното окисляванеедин молекули глюкозаможе да образува не 36, а 38 молекули АТФ(Таблица 10.1).
В табл. 10.1 са дадени реакции, при което образуването на високоенергийни фосфатни връзки става по време катаболизъм глюкоза, което показва ефективността на процеса при аеробни и анаеробни условия
Министерство на образованието на Руската федерация
Самарски държавен технически университет
Катедра по органична химия
Резюме по темата:
"ЦИКЪЛЪТ НА ТРИКАБОКСОВИТЕ КИСЕЛИНИ (ЦИКЪЛ НА КРЕБС)"
Изпълнено от ученик: III - НТФ - 11
Ерошкина Н.В.
Проверено.
