След това влиза ацетил-SCoA, образуван в PVK дехидрогеназната реакция цикъл трикарбоксилни киселини (TCA цикъл, цикъл на лимонена киселина, цикъл на Кребс). В допълнение към пирувата в цикъла участват кето киселини, идващи от катаболизма аминокиселиниили всякакви други вещества.
Цикъл на трикарбоксилната киселина
Цикълът продължава в митохондриална матрицаи представлява окислениемолекули ацетил-SCoAв осем последователни реакции.
При първата реакция те се свързват ацетилИ оксалоацетат(оксалооцетна киселина), за да се образува цитрат(лимонена киселина), след което настъпва изомеризация на лимонената киселина изоцитрати две реакции на дехидрогениране със съпътстващо 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 фумаровакиселина до малат(ябълчена киселина), след това NAD-зависимо дехидрогениране, което води до образуването оксалоацетат.
В резултат на това след осем реакции на цикъла отновообразува се оксалоацетат .
Последните три реакции представляват така наречения биохимичен мотив (FAD-зависимо дехидрогениране, хидратация и NAD-зависимо дехидрогениране, използва се за въвеждане на кето група в сукцинатната структура. Този мотив също присъства в реакциите на β-окисление на мастни киселини.В обратен ред (намаляване, дехидратация и редукция) този мотив се наблюдава в реакциите на синтез на мастни киселини.
Функции на ЦТК
1. Енергия
- поколение водородни атомиза функционирането на дихателната верига, а именно три молекули NADH и една молекула FADH2,
- синтез на една молекула GTF(еквивалентен на ATP).
2. Анаболен. В ТКК се формират
- прекурсор на хема сукцинил-SCoA,
- кето киселини, които могат да се превърнат в аминокиселини - α-кетоглутаратза глутаминова киселина, оксалоацетатза аспарагинова киселина,
- лимонена киселина, използвани за синтеза на мастни киселини,
- оксалоацетат, използвани за синтез на глюкоза.
Анаболни реакции на TCA цикъла
Регулиране на цикъла на трикарбоксилната киселина
Алостерична регулация
Ензимите, катализиращи 1-ва, 3-та и 4-та реакция на TCA цикъла, са чувствителни към алостерична регулацияметаболити:
Регулиране на наличността на оксалоацетат
главенИ основенРегулаторът на цикъла на TCA е оксалоацетатът или по-скоро неговата наличност. Наличието на оксалоацетат набира ацетил-SCoA в цикъла на TCA 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-IMP, а също и от плодови киселинисамия цикъл (янтарна, α-кетоглутарова, ябълчена, лимонена), които могат да се образуват по време на катаболизма на аминокиселините или да идват от други процеси.
Синтез на оксалоацетат от пируват
Регулиране на ензимната активност пируват карбоксилазаизвършено с участието ацетил-SCoA. То е алостерично активаторензим, а без него пируват карбоксилазата е практически неактивна. Когато се натрупа ацетил-SCoA, ензимът започва да работи и се образува оксалоацетат, но, разбира се, само в присъствието на пируват.
Също и мнозинството аминокиселинипо време на техния катаболизъм, те са в състояние да се трансформират в метаболити на TCA цикъла, които след това преминават в оксалоацетат, който също поддържа активността на цикъла.
Попълване на метаболитния пул на TCA цикъла от аминокиселини
Реакциите на попълване на цикъла с нови метаболити (оксалоацетат, цитрат, α-кетоглутарат и др.) се наричат анаплеротичен.
Ролята на оксалоацетата в метаболизма
Пример значителна роля оксалоацетатслужи за активиране на синтеза на кетонни тела и кетоацидозакръвна плазма при недостатъчноколичество оксалоацетат в черния дроб. Това състояние се наблюдава при 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 оксалоацетат. Едновременното активиране на окислението на мастни киселини и натрупването на ацетил-SCoA задейства резервен път за използване на ацетилната група - синтез кетонни тела . В този случай в организма се развива подкисляване на кръвта ( кетоацидоза) с характерна клинична картина: слабост, главоболие, сънливост, намален мускулен тонус, телесна температура и кръвно налягане.
Промени в скоростта на реакциите на TCA цикъла и причините за натрупването на кетонни тела при определени условия
Описаният метод на регулиране с участието на оксалоацетат е илюстрация на красивата формула " Мазнините изгарят в пламъците на въглехидратите„Това означава, че „пламъкът на горене“ на глюкозата води до появата на пируват, а пируватът се превръща не само в ацетил-SCoA, но и в оксалоацетат.Наличието на оксалоацетат осигурява включването на ацетилната група, образувана от мастни киселинипод формата на ацетил-SCoA, в първата реакция на TCA цикъла.
В случай на мащабно "изгаряне" на мастни киселини, което се наблюдава в мускулите по време на физическа работа и в черния дроб гладуване, скоростта на навлизане на ацетил-SCoA в реакцията на цикъла на ТСА 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 ацетиловата група ще отиде за синтеза на кетонни тела. Това се случва, когато дълго гладуванеИ захарен диабет тип 1.
По-голямата част химична енергиявъглеродът се освобождава при аеробни условия с участието на кислород. Цикълът на Кребс се нарича още цикъл на лимонената киселина или клетъчно дишане. В дешифрирането на отделните реакции на този процес са участвали много учени: А. Сент-Дьорджи, А. Ленингер, Х. Кребс, на когото е кръстен цикълът, С. Е. Северин и др.
Съществува тясна корелативна връзка между анаеробното и аеробното разграждане на въглехидратите. На първо място, това се изразява в присъствието на пирогроздена киселина, която завършва анаеробното разграждане на въглехидратите и започва клетъчното дишане (цикъл на Кребс). И двете фази се катализират от едни и същи ензими. Химическата енергия се освобождава по време на фосфорилирането и се съхранява под формата на макроерги на АТФ. Същите коензими (NAD, NADP) и катиони участват в химичните реакции. Разликите са следните: ако анаеробното разграждане на въглехидратите е локализирано предимно в хиалоплазмата, тогава реакциите на клетъчното дишане се извършват главно в митохондриите.
При някои условия се наблюдава антагонизъм между двете фази. Така в присъствието на кислород гликолизата рязко намалява (ефект на Пастьор). Продуктите на гликолизата могат да инхибират аеробния въглехидратен метаболизъм (ефект 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 във високоенергийни съединения. През това време се образува "носител" - оксалооцетна киселина (ОА). Впоследствие се получава кондензация с "носителя" на активирания остатък от оцетна киселина. Появява се трикарбоксилна киселина - лимонена киселина. По време на химичните реакции остатъкът от оцетна киселина се „преобръща“ в цикъла. Осемнадесет молекули аденозинтрифосфатна киселина се образуват от всяка молекула пирогроздена киселина. В края на цикъла се освобождава „носителят“, който реагира с нови молекули на активирания остатък от оцетна киселина.
Цикъл на Кребс: реакции
Ако крайният продукт на анаеробното разграждане на въглехидратите е млечна киселина, тогава под въздействието на лактатдехидрогеназата тя се окислява до пирогроздена киселина. Част от молекулите на пирогроздената киселина преминават в синтеза на "носителя" на алкална киселина под въздействието на ензима пируват карбоксилаза и в присъствието на Mg2 + йони. Някои от молекулите на пирогроздената киселина са източник на образуването на "активен ацетат" - ацетил коензим А (ацетил-КоА). Реакцията се извършва под въздействието на пируват дехидрогеназа. Ацетил-КоА съдържа около 5-7% енергия. По-голямата част от химическата енергия се генерира в резултат на окисляването на "активен 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 дехидрогенира и се превръща в цис-аконитова киселина, която след добавяне на водна молекула става изолимонена киселина. Между трите трикарбоксилни киселини се установява динамично равновесие.
Изолимонената киселина се окислява до оксалосукцинова киселина, която се декарбоксилира и се превръща в алфа-кетоглутарова киселина. Реакцията се катализира от ензима изоцитрат дехидрогеназа. Алфа-кетоглутаровата киселина се декарбоксилира под въздействието на ензима 2-оксо-(алфа-кето)-глутарат дехидрогеназа, което води до образуването на сукцинил-КоА, съдържащ високоенергийна връзка.
На следващия етап сукцинил-КоА, под действието на ензима сукцинил-КоА синтетаза, прехвърля високоенергийната връзка към ГДП (гуанозин дифосфатна киселина). GTP (гуанозин трифосфатна киселина), под въздействието на ензима GTP-аденилат киназа, дава високоенергийна връзка с AMP (аденозин монофосфатна киселина). Цикъл на Кребс: формули - GTP + AMP - GDP + ADP.
Под влияние на ензима сукцинат дехидрогеназа (SDH) се окислява до фумарова киселина. Коензимът на SDH е флавин аденин динуклеотид. Фумаратът под въздействието на ензима фумарат хидратаза се превръща в ябълчена киселина, която от своя страна се окислява, образувайки АА. При наличието на ацетил-КоА в реагиращата система, алкалната киселина отново се включва в цикъла на трикарбоксилната киселина.
И така, до 38 ATP молекули се образуват от една глюкозна молекула (две поради анаеробна гликолиза, шест в резултат на окисляването на две NAD·H+H+ молекули, които са образувани по време на гликолитичното окисление, и 30 поради TCA цикъла) . Ефективността на TTC е 0,5. Останалата част от енергията се разсейва като топлина. В цикъла на ТСА 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 „фокус“, в който се събират почти всички метаболитни пътища.
И 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 кондензация на ацетил-КоА с оксалоацетат и образуване на лимонена киселина. ( Както ще се види по-долу, в цикъла не самият ацетил-КоА претърпява окисление, а повече сложна връзка- лимонена киселина (трикарбоксилна киселина).)
След това лимонената киселина (съединение с шест въглерода), чрез серия от дехидрогениране (отстраняване на водород) и декарбоксилиране (елиминиране на CO 2), губи два въглеродни атома и отново се появява оксалоацетат (съединение с четири въглерода) в цикъла на Кребс, т.е., в резултат на пълна революция на цикъла, молекулата на ацетил-CoA изгаря до CO 2 и H 2 O, а молекулата на оксалоацетата се регенерира. По-долу са всички осем последователни реакции (етапи) на цикъла на Кребс.
При първата реакция, катализирана от ензима цитрат синтаза, ацетил-КоА се кондензира с оксалоацетат. В резултат на това се образува лимонена киселина:
Очевидно при тази реакция цитрил-КоА, свързан с ензима, се образува като междинен продукт. Последният след това се хидролизира спонтанно и необратимо, за да образува цитрат и HS-CoA.
Във втората реакция на цикъла, получената лимонена киселина претърпява дехидратация, за да образува цис-аконитова киселина, която чрез добавяне на водна молекула става изолимонена киселина. Тези обратими реакции на хидратация-дехидратация се катализират от ензима аконитат хидратаза:
В третата реакция, която изглежда е ограничаващата скоростта реакция на цикъла на Кребс, изолимонената киселина се дехидрогенира в присъствието на NAD-зависима изоцитрат дехидрогеназа:
(В тъканите има два вида изоцитрат дехидрогенази: NAD- и NADP-зависими. Установено е, че НАД-зависимата изоцитрат дехидрогеназа играе ролята на основен катализатор за окисляването на изолимонената киселина в цикъла на Кребс.)
По време на изоцитрат дехидрогеназната реакция изоцитратната киселина се декарбоксилира. NAD-зависимата изоцитрат дехидрогеназа е алостеричен ензим, който изисква ADP като специфичен активатор. В допълнение, ензимът изисква Mg 2+ или Mn 2+ йони, за да прояви своята активност.
В четвъртата реакция α-кетоглутаровата киселина се декарбоксилира окислително до сукцинил-КоА. Механизмът на тази реакция е подобен на реакцията на окислително декарбоксилиране на пируват до ацетил-КоА. α-кетоглутарат дехидрогеназният комплекс е подобен по структура на пируват дехидрогеназния комплекс. И в двата случая в реакцията участват пет коензима: TDP, амид на липоева киселина, HS-CoA, FAD и NAD. Общо тази реакция може да се напише 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 се получава образуването на високоенергийна фосфатна връзка на GTP1 поради високоенергийната тиоестерна връзка на сукцинил-КоА:
(Полученият GTP след това дарява своята крайна 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. Окисляването на сукцината 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 ябълчена киселина (малат). Трябва да се отбележи, че фумарат хидратазата е стереоспецифична - по време на тази реакция се образува L-ябълчена киселина:
И накрая, в осмата реакция от цикъла на трикарбоксилната киселина, под въздействието на митохондриалната NAD-зависима малат дехидрогеназа, L-малатът се окислява до оксалоацетат:
Както можете да видите, в един ход на цикъла, състоящ се от осем ензимни реакции, настъпва пълно окисление („изгаряне“) на една молекула ацетил-КоА. За непрекъсната работа на цикъла е необходимо постоянно подаване на ацетил-КоА в системата, а коензимите (NAD и FAD), които са преминали в редуцирано състояние, трябва да се окисляват отново и отново. Това окисление се случва в системата за транспорт на електрони (или веригата от респираторни ензими), разположена в митохондриите.
Енергията, освободена в резултат на окисляването на ацетил-КоА, е концентрирана до голяма степен във високоенергийните фосфатни връзки на АТФ. От четирите двойки водородни атоми, три двойки се прехвърлят чрез NAD към електронната транспортна система; в този случай за всяка двойка в системата за биологично окисление се образуват три молекули АТФ (в процеса на конюгирано окислително фосфорилиране) и следователно общо девет молекули АТФ. Една двойка атоми навлиза в системата за транспорт на електрони през FAD, което води до образуването на 2 ATP молекули. По време на реакциите на цикъла на Кребс се синтезира и 1 молекула GTP, което е еквивалентно на 1 молекула АТФ. И така, окислението на ацетил-КоА в цикъла на Кребс произвежда 12 ATP молекули.
Както вече беше отбелязано, 1 молекула NADH 2 (3 молекули АТФ) се образува по време на окислителното декарбоксилиране на пирувата в ацетил-КоА. Тъй като разграждането на една молекула глюкоза произвежда две молекули пируват, когато те се окисляват до 2 молекули ацетил-КоА и последващите две завъртания на цикъла на трикарбоксилната киселина, се синтезират 30 молекули АТФ (следователно окислението на една молекула на пируват до CO 2 и H 2 O произвежда 15 молекули ATP).
Към това трябва да добавим 2 ATP молекули, образувани по време на аеробна гликолиза, и 4 ATP молекули, синтезирани чрез окисляването на 2 молекули екстрамитохондриален NADH 2, които се образуват по време на окислението на 2 молекули глицералдехид-3-фосфат в дехидрогеназната реакция. Общо установяваме, че когато 1 молекула глюкоза се разгражда в тъканите съгласно уравнението: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, се синтезират 36 ATP молекули, което допринася за натрупването на аденозин трифосфат във високоенергийни фосфатни връзки 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (или, според други източници, 36 X 38 ~ 1430 kJ) свободна енергия. С други думи, от цялата свободна енергия, освободена по време на аеробното окисляване на глюкозата (около 2840 kJ), до 50% от нея се натрупват в митохондриите във форма, която може да се използва за изпълнение на различни физиологични функции. Няма съмнение, че енергийно пълното разграждане на глюкозата е по-ефективен процес от гликолизата. Трябва да се отбележи, че молекулите NADH 2, образувани по време на преобразуването на глицералдехид-3-фосфат 2, впоследствие, при окисление, произвеждат не 6 ATP молекули, а само 4. Факт е, че самите молекули на екстрамитохондриалния NADH 2 не са в състояние да проникват през мембраната в митохондриите. Електроните, които даряват обаче, могат да бъдат включени в митохондриалната верига на биологично окисление, като се използва така нареченият механизъм на глицерофосфатната совалка (фиг. 92). Както може да се види 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.
Кратки исторически сведения
Любимият ни цикъл е TCA цикълът, или цикълът на трикарбоксилната киселина - живот на Земята и под Земята и в Земята... Спрете, въобще това е най-удивителният механизъм - той е универсален, той е начин за окисляване на продукти на разграждане на въглехидрати, мазнини, протеини в клетките на живите организми, в резултат на което получаваме енергия за дейността на тялото си.
Самият Ханс Кребс откри този процес, за което получи Нобелова награда!
Роден е на 25 август - 1900 г. в германския град Хилдесхайм. получено медицинско образованиеУниверситетът в Хамбург продължава биохимичните изследвания под ръководството на Ото Варбург в Берлин.
През 1930 г., заедно със свой ученик, той открива процеса на неутрализиране на амоняка в тялото, който присъства в много представители на живия свят, включително хората. Този цикъл е цикълът на урея, който също е известен като цикъл на Кребс #1.
Когато Хитлер идва на власт, Ханс емигрира във Великобритания, 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 № 2, или иначе казано „цикълът Сент-Гьордьо – Кребс” - 1937г.
Резултатите от изследването се изпращат на списание Nature, което отказва да публикува статията. След това текстът лети до списанието "Enzymologia" в Холандия. Кребс получава Нобелова награда през 1953 г. за физиология или медицина.
Откритието е изненадващо: през 1935 г. Szent-Györgyi открива, че янтарната, оксалооцетната, фумаровата и ябълчната киселина (и четирите киселини са естествени химични компоненти на животинските клетки) засилват процеса на окисление в гръдния мускул на гълъба. Което беше 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. В допълнение, изолимонената киселина може да се превърне в a-кетоглутарова киселина, а тази в янтарна киселина.
Кребс забеляза ефекта на киселините върху абсорбцията на O2 от гръдния мускул на гълъба и идентифицира активиращ ефект върху окисляването на PVC и образуването на ацетил-коензим А. В допълнение, процесите в мускула бяха инхибирани от малонова киселина , който е подобен на янтарната киселина и може конкурентно да инхибира ензими, чийто субстрат е янтарната киселина.
Когато Кребс добави малонова киселина към реакционната среда, започна натрупването на а-кетоглутарова, лимонена и янтарна киселини. По този начин е ясно, че комбинираното действие на a-кетоглутарова и лимонена киселина води до образуването на янтарна киселина.
Ханс изследва повече от 20 други вещества, но те не влияят на окисляването. Сравнявайки получените данни, Кребс получи цикъл. В самото начало изследователят не можеше да каже със сигурност дали процесът започва с лимонена или изолимонена киселина, затова го нарече „цикъл на трикарбоксилната киселина“.
Сега знаем, че първата е лимонена киселина, така че правилното име е цитратен цикъл или цикъл на лимонена киселина.
При еукариотите реакциите на TCA цикъла протичат в митохондриите, докато всички ензими за катализа, с изключение на 1, се съдържат в свободно състояние в митохондриалната матрица; изключение прави сукцинат дехидрогеназата, която е локализирана върху вътрешната мембрана на митохондриите и е вградена в липидния двуслой. При прокариотите реакциите на цикъла се случват в цитоплазмата.
Нека се запознаем с участниците в цикъла:
1) Ацетил коензим А:- ацетилова група
- коензим А - Коензим А:
2) PIKE – Оксалоацетат – Оксалооцетна киселина:
изглежда се състои от две части: оксалова и оцетна киселина.
3-4) Лимонена и изолимонена киселини:
5) а-кетоглутарова киселина:
6) Сукцинил-коензим А:
7) Янтарна киселина:
8) Фумарова киселина:
9) Ябълчена киселина:
Как възникват реакциите? Като цяло всички сме свикнали с външния вид на пръстена, който е показан по-долу на снимката. По-долу всичко е описано стъпка по стъпка:
1. Кондензация на ацетил коензим А и оксалооцетна киселина ➙ лимонена киселина.
Трансформацията на ацетил коензим А започва с кондензация с оксалооцетна киселина, което води до образуването на лимонена киселина.
Реакцията не изисква изразходване на АТФ, тъй като енергията за този процес се осигурява в резултат на хидролиза на тиоетерната връзка с ацетил коензим А, който е високоенергиен:
2. Лимонената киселина преминава през цис-аконитовата киселина в изолимонената киселина.
Настъпва изомеризация на лимонената киселина в изолимонена киселина. Конверсионният ензим - аконитаза - първо дехидратира лимонената киселина, за да образува цис-аконитова киселина, след което свързва водата с двойната връзка на метаболита, образувайки изолимонена киселина:
3. Изолимонената киселина се дехидрогенира до образуване на α-кетоглутарова киселина и CO2.
Изолимонената киселина се окислява от специфична дехидрогеназа, чийто коензим е NAD.
Едновременно с окисляването се извършва декарбоксилиране на изолимонената киселина. В резултат на трансформации се образува α-кетоглутарова киселина.
4. Алфа-кетоглутаровата киселина се дехидрогенира от ➙ сукцинил-коензим А и CO2.
Следващият етап е окислителното декарбоксилиране на α-кетоглутаровата киселина.
Катализира се от α-кетоглутарат дехидрогеназния комплекс, който е подобен по механизъм, структура и действие на пируват дехидрогеназния 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, при който енергията се освобождава директно.
6. Янтарната киселина е дехидрогенирана ➙ фумарова киселина.
Дехидрогенирането на янтарната киселина се ускорява от сукцинат дехидрогеназа, неин коензим е FAD.
7. Фумаровата киселина е хидратирана ➙ ябълчена киселина.
Фумаровата киселина, която се образува чрез дехидрогениране на янтарна киселина, се хидратира и се образува ябълчена киселина.
8. Ябълчената киселина се дехидрогенира ➙ Оксалова-оцетна киселина - цикълът се затваря.
Крайният процес е дехидрогениране на ябълчена киселина, катализирано от малат дехидрогеназа;
Резултатът от етапа е метаболитът, с който започва цикълът на трикарбоксилната киселина - оксалова-оцетна киселина.
В реакция 1 на следващия цикъл ще влезе друго количество ацетил коензим А.
Как да запомните този цикъл? Просто!
1) Много образен израз:Цял ананас и парче суфле е всъщност моят обяд днес, което съответства на - цитрат, цис-аконитат, изоцитрат, (алфа-)кетоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат.
2) Още едно дълго стихотворение:
PIKE яде ацетат, оказва се цитрат,
Чрез цизаконитата той ще стане изоцитрат.
Отдавайки водород на NAD, той губи CO2,
Алфа-кетоглутаратът е изключително щастлив от това.
Окисляването идва - NAD е откраднал водород,
TDP, коензим А приема CO2.
И енергията едва се появи в сукцинил,
Веднага се роди АТФ и това, което остана, беше сукцинат.
Сега той стигна до FAD - има нужда от водород,
Фумаратът изпи от водата и се превърна в малат.
Тогава NAD дойде до малат, придоби водород,
ЩУКАТА пак се показа и тихо се скри.
3) Оригиналното стихотворение - накратко:
ЩУКА АЦЕТИЛ ЛИМОНИЛ,
Но конят се страхуваше от нарцис,
Той е над него ИЗОЛИМОН
АЛФА - КЕТОГЛУТАРАЗЕД.
СУКЦИНАЛИЗИРАН С КОЕНЗИМ,
АМБЪР ФУМАРОВО,
Съхраниха ЯБЪЛКИ за зимата,
Отново превърнат в ЩУКА.
ЦИКЪЛ НА ТРИКАРБОКСИЛНИ КИСЕЛИНИ (ЦИКЪЛ НА КРЕБС)
Цикъл на трикарбоксилната киселина е открит за първи път от английския биохимик Г. Кребс.Той е първият, който постулира значението на този цикъл за пълното изгаряне на пирувата, чийто основен източник е гликолитичната трансформация въглехидрати. По-късно беше показано, че цикълът на трикарбоксилната киселина киселиние центърът, където се събират почти всички метаболитни пътища. По този начин, Цикъл на Кребс– общ краен път окисление ацетилгрупи (под формата на ацетил-КоА), в които се превръща по време на процеса катаболизъмнай-органичен молекули, играеща ролята на „клетъчен гориво»: въглехидрати, мастни киселиниИ аминокиселини.
Образува се в резултат на окислителни декарбоксилиранепируват в митохондриитевлиза ацетил-КоА Цикъл на Кребс. Този цикъл се случва в матрицата митохондриитеи се състои от осем последователни реакции(фиг. 10.9). Цикълът започва с добавянето на ацетил-КоА към оксалоацетат и образуването лимонена киселина (цитрат). Тогава лимонена киселина(шест-въглеродно съединение) по серии дехидрогенации(отнемане водород) и две декарбоксилации(елиминиране на CO 2) губи два въглерода атоми отново в Цикъл на Кребссе превръща в оксалоацетат (съединение с четири въглерода), т.е. в резултат на пълен оборот на цикъла молекулаацетил-CoA изгаря до CO 2 и H 2 O, и молекулаоксалоацетат се регенерира. Нека разгледаме всичките осем последователни реакции(етапи) Цикъл на Кребс.
Ориз. 10.9.Цикъл на трикарбоксилната киселина (Цикъл на Кребс).
Първо реакциякатализиран ензим cit-rat синтаза, докато ацетилацетил-КоА групата се кондензира с оксалоацетат, което води до образуването лимонена киселина:
Очевидно в това реакциикато междинен продукт се образува свързан с ензимцитрил-КоА. След това последният спонтанно и необратимо се хидролизира до образуване цитрати HS-CoA.
В резултат на това второто реакцииобразувани лимонена киселинапретърпява дехидратация, за да образува цис-аконит киселини, което чрез добавяне молекула вода, отива изолимонена киселина(изоцитрат). Катализира тези обратими реакциихидратация – дехидратация ензимаконитатна хидратаза (аконитаза). В резултат на това има взаимно движение на Н и ОН навътре молекула цитрат:
трето реакция, явно 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, който като специфичен активаторнеобходими ADP. Освен това, ензимда покажете вашите дейносттрябва да йони Mg 2+ или Mn 2+.
По време на четвъртия реакциинастъпва окислително декарбоксилиране на α-кетоглутарин киселинис образуването на високоенергийното съединение сукцинил-КоА. Механизмът на това реакцииподобно на това реакцииокислителен декарбоксилиранепируват до ацетил-КоА, α-кетоглутарат дехидрогеназният комплекс прилича на пируват дехидрогеназния комплекс по своята структура. И в единия, и в другия случай в реакции 5 участват коензими: TPP, амид липоева киселина, HS-KoA, FAD и NAD+.
Пето реакциякатализиран ензимсукцинил-КоА-синтетазой. 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 тиоестерна връзка на сукцинил-CoA:
В резултат на това шестият реакции сукцинатдехидрогенира в фумарова киселина. Окисляване сукцинаткатализиран сукцинат дехидрогеназа, В молекулакойто с протеинздраво (ковалентно) свързани коензимПРИЩЯВКА. На свой ред сукцинат дехидрогеназатясно свързана с вътрешната митохондриална мембрана:
Седмо реакцияизвършено под влияние ензимфумарат хидратаза ( фумарази). Получената фумарова киселинахидратиран от продукта реакциие Ябълкова киселина(малат). Трябва да се отбележи, че фумарат хидратазата има стереоспецифичност(вижте глава 4) – по време на реакцииОбразува се L-ябълчен киселина:
Накрая по време на осм реакции цикъл на трикарбоксилната киселинапод влияние на митохондриални NAD-зависими малат дехидрогеназапродължава окисление L-малат до оксалоацетат:
Както може да се види, по време на един оборот на цикъл, състоящ се от осем ензимни реакции, пълен окисление(„изгаряне“) на едно 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. Това окислениеизвършвани в транспортната система електрони V дихателна верига(В дихателни вериги ензими), локализиран в мембрана митохондриите. Полученият FADH 2 е тясно свързан със SDH, така че предава атоми водородчрез KoQ. Освободен в резултат окислениеенергията на ацетил-КоА е концентрирана до голяма степен във високоенергийни фосфатни връзки АТФ. От 4 пара атоми водород 3 двойкипрехвърляне на NADH към транспортната система електрони; едновременно, за всеки двойкав биологичната система окисление 3 се образува молекули АТФ(в процес на конюгат ), и следователно общо 9 молекули АТФ(вижте глава 9). един двойка атомиот сукцинат дехидрогеназа-FADH 2 навлиза в транспортната система електроничрез KoQ, което води до само 2 молекули АТФ. По време на Цикъл на Кребседин също се синтезира молекула GTP (субстрат фосфорилиране), което е еквивалентно на едно молекула АТФ. Така че, когато окислениеедин молекулиацетил-КоА в Цикъл на Кребси система окислително фосфорилиранеможе да образува 12 молекули АТФ.
Ако изчислим общия енергиен ефект от гликолитичното разцепване глюкозаи последващи окислениеобразувани две молекулипируват до CO 2 и H 2 O, тогава ще се окаже, че е много по-голям.
Както беше отбелязано, едно молекула NADH (3 молекули АТФ) се образува по време на окисление декарбоксилиранепируват до ацетил-КоА. Когато човек се раздели молекули глюкоза 2 се образува молекулипируват и кога окислениеима до 2 от тях молекулиацетил-КоА и последващи 2 оборота цикъл на трикарбоксилната киселинасинтезиран 30 молекули АТФ(следователно, окисление молекулипируват към CO 2 и H 2 O дава 15 молекули АТФ). Към това количество трябва да добавите 2 бр молекули АТФ, образувани по време на аеробика гликолизаи 6 молекули АТФ, синтезиран поради окисление 2 молекулиекстрамитохондриален NADH, които се образуват по време на окисление 2 молекулиглицералдехид-3-фосфат в дехидрогеназа реакции гликолиза. Ето защо при разделянето на носни кърпиедин молекули глюкозасъгласно уравнението C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O се синтезира 38 молекули АТФ. Няма съмнение, че енергийно пълно разцепление глюкозае по-ефективен процес от анаеробния гликолиза.
Трябва да се отбележи, че полученият глицералдехид-3-фосфат 2 молекули NADH впоследствие окислениеможе да не даде 6 молекули АТФ, но само 4. Факт е, че самите те молекулиекстрамитохондриалният NADH не е в състояние да проникне мембранавътре митохондриите. Въпреки това, какво дават електронимогат да бъдат включени в митохондриалната верига на биологичните окислениес помощта на така наречения совалков механизъм на глицерол фосфат (фиг. 10.10). Цитоплазменият NADH първо реагира с цитоплазмения дихидроксиацетон фосфат, за да образува глицерол-3-фосфат. реакциякаталитичен
Ориз. 10.10.Совалков механизъм на глицерол фосфат. 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 в митохондриите мембрана. Вътре митохондриитедруга (митохондриална) глицерол-3-фосфат дехидрогеназа (флавин ензим) отново окислява глицерол-3-фосфат до дихидроксиацетон фосфат:
Глицерол-3-фосфат + FAD<=>Дихидроксиацетон фосфат + FADN 2.
Реновирана флавопротеин(ензим-FADH 2) въвежда на нивото на придобития от него KoQ електронив биологичната верига окислениеи свързани с него окислително фосфорилиране, а дихидроксиацетон фосфатът излиза от митохондриите V цитоплазмаи отново може да взаимодейства с цитоплазмения NADH + H + . По този начин, двойка електрони(от един молекулицитоплазмен NADH + H +), въведен в дихателна веригаизползвайки совалковия механизъм на глицерол фосфат, дава не 3, а 2 АТФ.
Ориз. 10.11.Малат-аспартатна совалкова система за трансфер на редуциращи еквиваленти от цитозолния NADH към митохондриалната матрица. Обяснение в текста.
Впоследствие беше показано, че с помощта на този совалков механизъм само в скелетните мускули и мозъка се извършва прехвърлянето на редуцирани еквиваленти от цитозолния NADH + H + към митохондриите.
IN клетки черен дроб, бъбреците и сърцето, работи по-сложна совалкова система малат като партат. Работата на такъв совалков механизъм става възможна поради наличието малат дехидрогеназаи ас-партат аминотрансферази както в цитозола, така и в митохондриите.
Установено е, че редуцираните еквиваленти от цитозолния NADH + H + са първо с участието на ензим малат дехидрогеназа(фиг. 10.11) се прехвърлят в цитозолен оксалоацетат. В резултат на това се образува малат, който с помощта на транспортна система дикарбоксилни киселини, преминава през вътрешния мембрана митохондриитев матрицата. Тук малатът се окислява до оксалоацетат и матриксът NAD + се редуцира до NADH + H +, който сега може да прехвърли своите електрони V дихателна верига ензими, локализирана по вътрешната мембрана митохондриите. 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 митохондриите.
Транспортът в цитозола регенерира оксалоацетат, който задейства следващия цикъл. Като цяло, процесът включва лесно обратими реакции, протича без разход на енергия, неговата „движеща сила” е постоянна възстановяване NAD + в цитозола от глицералдехид-3-фосфат, образуван по време на катаболизъм глюкоза.
Така че, ако механизмът малат-аспартат функционира, тогава в резултат на пълно окислениеедин молекули глюкозаможе да се образува не 36, а 38 молекули АТФ(Таблица 10.1).
В табл 10.1 са дадени реакции, при които образуването на високоенергийни фосфатни връзки става по време на 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:
"ЦИКЪЛ НА ТРИКАРБОКСИЛНИТЕ КИСЕЛИНИ (ЦИКЪЛ НА КРЕБС)"
Изпълнено от студент: III – NTF – 11
Ерошкина Н.В.
Проверих.
