ტრიკარბოქსილის მჟავის ციკლი (კრების ციკლი)

ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი პირველად აღმოაჩინა ინგლისელმა ბიოქიმიკოსმა გ.კრებსმა.ის იყო პირველი, ვინც პოსტულირებული იყო ამ ციკლის მნიშვნელობა პირუვატის სრული წვისთვის, რომლის მთავარი წყარო გლიკოლიზური გარდაქმნაა. ნახშირწყლები. მოგვიანებით აჩვენეს, რომ ტრიკარბოქსილის ციკლი მჟავებიარის ცენტრი, სადაც თითქმის ყველა მეტაბოლური გზა იყრის თავს. ამრიგად, კრებსის ციკლი- საერთო დასასრულის გზა დაჟანგვა აცეტილიჯგუფები (აცეტილ-CoA-ს სახით), რომლებშიც იგი გარდაიქმნება პროცესში კატაბოლიზმიორგანულის უმეტესი ნაწილი მოლეკულები, თამაშობს როლს "ფიჭური საწვავი»: ნახშირწყლები, ცხიმოვანი მჟავებიდა ამინომჟავების.

წარმოიქმნება ჟანგვის შედეგად დეკარბოქსილაციაპირუვატი შიგნით მიტოქონდრიააცეტილ-CoA შემოდის კრებსის ციკლი. ეს ციკლი ხდება მატრიცაში მიტოქონდრიადა შედგება რვა თანმიმდევრული რეაქციები(სურ. 10.9). ციკლი იწყება აცეტილ-CoA-ს დამატებით ოქსალოაცეტატში და წარმოქმნით ლიმონმჟავა (ციტრატი). მერე ლიმონის მჟავა(ექვსნახშირბადოვანი ნაერთი) სერიით დეჰიდროგენაცია(წაღება წყალბადის) და ორი დეკარბოქსილაციები(CO 2-ის დაშლა) კარგავს ორ ნახშირბადს ატომიდა ისევ შიგნით კრებსის ციკლიგადაიქცევა ოქსალოაცეტატად (ოთხნახშირბადოვანი ნაერთი), ე.ი. პირველი ციკლის სრული შემობრუნების შედეგად მოლეკულააცეტილ-CoA იწვის CO 2 და H 2 O, და მოლეკულაოქსალოაცეტატი რეგენერირებულია. განვიხილოთ რვავე თანმიმდევრული რეაქციები(ეტაპები) კრებსის ციკლი.

ბრინჯი. 10.9.ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი (კრებსის ციკლი).

Პირველი რეაქციაკატალიზებული ფერმენტიციტ-ვირთხა-სინთაზა, ხოლო აცეტილიაცეტილ-CoA ჯგუფი კონდენსირდება ოქსალოაცეტატთან, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ლიმონის მჟავა:

როგორც ჩანს, ამ რეაქციებიდაკავშირებული ფერმენტიციტრილი-CoA. შემდეგ ეს უკანასკნელი სპონტანურად და შეუქცევად ჰიდროლიზდება და წარმოიქმნება ციტრატიდა HS-KoA.

მეორეს შედეგად რეაქციებიჩამოყალიბდა ლიმონის მჟავაგანიცდის დეჰიდრატაციას ცის-აკონიტის წარმოქმნით მჟავები, რომელიც დამატებით მოლეკულა წყალი, შედის იზოციტრიუმის მჟავა(იზოციტრატი). კატალიზებს ამ შექცევადს რეაქციებიდატენიანება-დეჰიდრატაცია ფერმენტიაკონიტატი ჰიდრატაზა (აკონიტაზა). შედეგად, ხდება H და OH-ის ურთიერთმიმართება შიგნით მოლეკულა ციტრატი:

მესამე რეაქციაროგორც ჩანს, ზღუდავს სიჩქარეს კრებსის ციკლი. იზოციტრიუმის მჟავადეჰიდროგენირებული NAD-დამოკიდებული იზო-ციტრატდეჰიდროგენაზას თანდასწრებით.

იზოციტრატდეჰიდროგენაზას დროს რეაქციები იზოციტრიუმის მჟავაერთდროულად დეკარბოქსილირებული. NAD-დამოკიდებული იზოციტრატდეჰიდროგენაზა არის ალოსტერიული ფერმენტი, რომელიც როგორც კონკრეტული აქტივატორისაჭირო ADP. გარდა ამისა, ფერმენტიგამოხატოს თქვენი აქტივობასაჭიროებს იონები Mg 2+ ან Mn 2+.

მეოთხე დროს რეაქციებიα-კეტოგლუტარის ოქსიდაციური დეკარბოქსილაცია მჟავებისუქცინილ-CoA მაღალენერგეტიკული ნაერთის წარმოქმნით. ამის მექანიზმი რეაქციებიამის მსგავსი რეაქციებიჟანგვითი დეკარბოქსილაციაპირუვატი აცეტილ-CoA-მდე, α-კეტოგლუტარატ დეჰიდროგენაზას კომპლექსი თავისი სტრუქტურით წააგავს პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსს. როგორც ერთში, ასევე მეორე შემთხვევაში, რეაქციებიმონაწილეობა 5 კოენზიმები: TPP, ამიდი ლიპოის მჟავა, HS-KoA, FAD და NAD+.

მეხუთე რეაქციაკატალიზებული ფერმენტისუქცინილ-CoA-სინთეტაზა. ამ დროს რეაქციებისუქცინილ-CoA GTP-ის მონაწილეობით და არაორგანული ფოსფატიგარდაიქმნება სუქცინის მჟავა (სუქცინატი). ამავდროულად, GTP-ის მაღალენერგეტიკული ფოსფატური კავშირის ფორმირება ხდება სუქცინილ-CoA-ს მაღალი ენერგიის თიოეთერის ბმის გამო:

შედეგად, მეექვსე რეაქციები სუქცინატიგაუწყლოებული შევიდა ფუმარინის მჟავა. დაჟანგვა სუქცინატიკატალიზებული სუქცინატდეჰიდროგენაზა, in მოლეკულარომელიც მას შემდეგ ცილისმყარად (კოვალენტურად) შეკრული კოენზიმიᲐᲮᲘᲠᲔᲑᲐ. თავის მხრივ სუქცინატდეჰიდროგენაზამტკიცედ არის დაკავშირებული შიდა მიტოქონდრიასთან მემბრანა:

მეშვიდე რეაქციაზემოქმედების ქვეშ განხორციელდა ფერმენტიფუმარატ ჰიდრატაზა ( ფუმარაზები). ამავე დროს ჩამოყალიბდა ფუმარინის მჟავადატენიანებული, პროდუქტი რეაქციებიარის ვაშლის მჟავა(მალატი). უნდა აღინიშნოს, რომ ფუმარატ ჰიდრაზას აქვს სტერეოსპეციფიკურობა(იხ. თავი 4) – დროს რეაქციები L- ვაშლი იქმნება მჟავა:

ბოლოს, მერვე პერიოდში რეაქციები ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლიმიტოქონდრიული NAD-დამოკიდებული გავლენის ქვეშ მალატ დეჰიდროგენაზაგაგრძელება დაჟანგვა L-მალატი ოქსალოაცეტატამდე:

როგორც ჩანს, ციკლის ერთ მხრივ, რომელიც შედგება რვა ფერმენტისგან რეაქციები, სრული დაჟანგვა("წვა") ერთი მოლეკულებიაცეტილ-CoA. ციკლის უწყვეტი მუშაობისთვის აუცილებელია სისტემაში აცეტილ-CoA-ს მუდმივი მიწოდება და კოენზიმები(NAD + და FAD), რომლებიც გადავიდნენ შემცირებულ მდგომარეობაში, ისევ და ისევ უნდა დაიჟანგოს. Ეს არის დაჟანგვახორციელდება გადამზიდავ სისტემაში ელექტრონები in სასუნთქი ჯაჭვი(ში სასუნთქი ჯაჭვი ფერმენტები) ლოკალიზებულია მემბრანა მიტოქონდრია. შედეგად მიღებული FADH 2 მტკიცედ არის დაკავშირებული SDH-თან, ამიტომ ის გადასცემს ატომები წყალბადის KoQ-ის საშუალებით. შედეგად გაათავისუფლეს დაჟანგვააცეტილ-CoA ენერგია დიდწილად კონცენტრირებულია მაკროერგიულ ფოსფატურ ობლიგაციებში ATP. 4-დან ორთქლი ატომები წყალბადის 3 წყვილები NADH-ის გადატანა სატრანსპორტო სისტემაში ელექტრონები; თითოეულზე დათვლისას წყვილისისტემაში ბიოლოგიური დაჟანგვაჩამოყალიბდა 3 მოლეკულები ATP(კონიუგირებული დროს ), და მთლიანობაში, შესაბამისად, 9 მოლეკულები ATP(იხ. თავი 9). ერთი წყვილი ატომებისუქცინატდეჰიდროგენაზადან-FADH 2 შედის სატრანსპორტო სისტემაში ელექტრონები KoQ-ის მეშვეობით, რის შედეგადაც მხოლოდ 2 მოლეკულები ATP. დროს კრებსის ციკლიერთი ასევე სინთეზირებულია მოლეკულა GTP (სუბსტრატი ფოსფორილირება), რაც ერთის ტოლფასია მოლეკულა ATP. ასე რომ, ზე დაჟანგვაერთი მოლეკულებიაცეტილ-CoA-ში კრებსის ციკლიდა სისტემა ოქსიდაციური ფოსფორილირებაშეიძლება ჩამოყალიბდეს 12 მოლეკულები ATP.

თუ გამოვთვლით გლიკოლიზური გახლეჩის მთლიან ენერგეტიკულ ეფექტს გლუკოზადა შემდგომი დაჟანგვაორი გაჩენილი მოლეკულებიპირუვატი CO 2 და H 2 O, მაშინ ის ბევრად უფრო დიდი იქნება.

როგორც აღინიშნა, ერთი მოლეკულა NADH (3 მოლეკულები ATP) წარმოიქმნება დაჟანგვის დროს დეკარბოქსილაციაპირუვატი აცეტილ-CoA-მდე. ერთის გაყოფისას მოლეკულები გლუკოზაჩამოყალიბდა 2 მოლეკულებიპირუვატი და დაჟანგვა 2-მდე მოლეკულებიაცეტილ-CoA და შემდგომი 2 ბრუნი ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლისინთეზირებულია 30 მოლეკულები ATP(აქედან გამომდინარე, დაჟანგვა მოლეკულებიპირუვატი CO 2-მდე და H 2 O იძლევა 15-ს მოლეკულები ATP). ამ რიცხვს უნდა დაემატოს 2 მოლეკულები ATPწარმოიქმნება აერობიკის დროს გლიკოლიზიდა 6 მოლეკულები ATP, სინთეზირებულია დაჟანგვა 2 მოლეკულებიექსტრამიტოქონდრიული NADH, რომლებიც წარმოიქმნება დროს დაჟანგვა 2 მოლეკულებიგლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატი დეჰიდროგენაზაში რეაქციები გლიკოლიზი. ამიტომ გაყოფისას ქსოვილებიერთი მოლეკულები გლუკოზაგანტოლების მიხედვით C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, სინთეზირებულია 38 მოლეკულები ATP. უდავოდ, ენერგეტიკული თვალსაზრისით, სრული გაყოფა გლუკოზაუფრო ეფექტური პროცესია, ვიდრე ანაერობული გლიკოლიზი.

უნდა აღინიშნოს, რომ 2 მოლეკულები NADH მომავალში ერთად დაჟანგვაარ შეიძლება 6-ის მიცემა მოლეკულები ATP, მაგრამ მხოლოდ 4. ფაქტია, რომ ისინი თავად მოლეკულებიექსტრამიტოქონდრიულ NADH-ს არ შეუძლია შეღწევა მემბრანაშიგნით მიტოქონდრია. თუმცა, ისინი აძლევენ ელექტრონებიშეიძლება შევიდეს ბიოლოგიურ მიტოქონდრიულ ჯაჭვში დაჟანგვაეგრეთ წოდებული გლიცეროლის ფოსფატის შატლის მექანიზმის გამოყენებით (სურ. 10.10). ციტოპლაზმური NADH პირველად რეაგირებს ციტოპლაზმურ დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატთან გლიცეროლ-3-ფოსფატის წარმოქმნით. რეაქციაკატალიზი

ბრინჯი. 10.10.გლიცეროლის ფოსფატის შატლის მექანიზმი. ახსნა ტექსტში.

აკონტროლებს NAD-დამოკიდებულ ციტოპლაზმურ გლიცეროლ-3-ფოსფატ დეჰიდროგენაზას:

დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატი + NADH + H +<=>გლიცეროლი-3-ფოსფატი + NAD +.

შედეგად მიღებული გლიცეროლი-3-ფოსფატი ადვილად აღწევს მიტოქონდრიაში მემბრანა. შიგნით მიტოქონდრიასხვა (მიტოქონდრიული) გლიცეროლ-3-ფოსფატ დეჰიდროგენაზა (ფლავინი ფერმენტი) აჟანგებს გლიცეროლ-3-ფოსფატს ისევ დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატად:

გლიცეროლი-3-ფოსფატი + FAD<=>დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატი + FADH 2.

აღადგინა ფლავოპროტეინი(ფერმენტი-FADH 2) შემოაქვს მის მიერ შეძენილი KoQ დონეზე ელექტრონებიბიოლოგიურ ჯაჭვში დაჟანგვადა მასთან დაკავშირებული ოქსიდაციური ფოსფორილირებადა დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატი გამოდის მიტოქონდრია in ციტოპლაზმადა კვლავ შეუძლია ურთიერთქმედება ციტოპლაზმურ NADH + H +-თან. ამრიგად, წყვილი ელექტრონები(ერთიდან მოლეკულებიციტოპლაზმური NADH + H +), შეყვანილი სასუნთქი ჯაჭვიგლიცეროლის ფოსფატის შატლის მექანიზმის გამოყენებით იძლევა არა 3, არამედ 2 ATP.

ბრინჯი. 10.11.მალატ-ასპარტატის შატლის სისტემა ციტოზოლური NADH-დან მიტოქონდრიულ მატრიქსში აღდგენითი ეკვივალენტების გადასატანად. ახსნა ტექსტში.

შემდგომში ნაჩვენები იქნა, რომ ეს შატლური მექანიზმი გამოიყენება მხოლოდ ჩონჩხის კუნთებსა და ტვინში, რათა გადაიტანოს შემცირებული ეკვივალენტები ციტოზოლური NADH + H +-დან. მიტოქონდრია.

AT უჯრედები ღვიძლითირკმელები და გული, მოქმედებს უფრო რთული მალატის-ას-პარტატის შატლის სისტემა. ასეთი შატლის მექანიზმის მოქმედება შესაძლებელი ხდება არსებობის გამო მალატ დეჰიდროგენაზადა ასპარტატ ამინოტრანსფერაზები როგორც ციტოზოლში, ასევე შიგნით მიტოქონდრია.

აღმოჩნდა, რომ ციტოზოლური NADH + H + შემცირდა ეკვივალენტები, პირველ რიგში მონაწილეობით ფერმენტი მალატ დეჰიდროგენაზა(ნახ. 10.11) გადადის ციტოზოლის ოქსალოაცეტატში. შედეგად წარმოიქმნება მალატი, რომელიც ტრანსპორტირების სისტემის დახმარებით დიკარბოქსილის მჟავები, გადის შიდაში მემბრანა მიტოქონდრიამატრიცაში. აქ მალატი იჟანგება ოქსალოაცეტატად, ხოლო NAD + მატრიცა მცირდება NADH + H +-მდე, რომელსაც ახლა შეუძლია გადაიტანოს მისი ელექტრონები in სასუნთქი ჯაჭვი ფერმენტებილოკალიზებულია შიგნიდან მემბრანა მიტოქონდრია. თავის მხრივ, მიღებული ოქსალოაცეტატი გლუტამატის თანდასწრებით და ფერმენტი ASAT შემოდის რეაქცია ტრანსამინაცია. მიღებულ ასპარტატს და α-კეტოგლუტარატს, სპეციალური სატრანსპორტო სისტემების დახმარებით, შეუძლიათ გავლა მემბრანა მიტოქონდრია.

ციტოზოლში ტრანსპორტი აღადგენს ოქსალოაცეტატს, რომელიც იწვევს შემდეგ ციკლს. ზოგადად, პროცესი მოიცავს ადვილად შექცევადს რეაქციები, ხდება ენერგიის მოხმარების გარეშე, მისი „მამოძრავებელი ძალა“ მუდმივია აღდგენა NAD + ციტოზოლში გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატით, რომელიც წარმოიქმნება კატაბოლიზმი გლუკოზა.

ასე რომ, თუ მალატ-ასპარტატის მექანიზმი ფუნქციონირებს, მაშინ სრულის შედეგად დაჟანგვაერთი მოლეკულები გლუკოზაშეიძლება ჩამოყალიბდეს არა 36, არამედ 38 მოლეკულები ATP(ცხრილი 10.1).

მაგიდაზე. მოცემულია 10.1 რეაქციები, რომლის დროსაც ხდება მაღალენერგეტიკული ფოსფატური ბმების წარმოქმნა კატაბოლიზმი გლუკოზა, რაც მიუთითებს პროცესის ეფექტურობაზე აერობულ და ანაერობულ პირობებში

რუსეთის ფედერაციის განათლების სამინისტრო

სამარას სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი

ორგანული ქიმიის დეპარტამენტი

რეზიუმე თემაზე:

"ტრიკაბოქსიური მჟავების ციკლი (კრებსის ციკლი)"

დაასრულა სტუდენტმა: III - NTF - 11

ეროშკინა ნ.ვ.

შემოწმებული.

ანაერობული დუღილის პროცესები ენერგიის მთავარი წყარო იყო ყველა ცოცხალი არსებისთვის იმ დღეებში, როდესაც დედამიწის ატმოსფეროში ჟანგბადი არ იყო. მისმა გარეგნობამ გახსნა ფუნდამენტურად ახალი შესაძლებლობები ენერგიის მოპოვებისთვის. ჟანგბადი კარგი ჟანგვის აგენტია და როდესაც ორგანული ნივთიერებები იჟანგება, ათჯერ მეტი ენერგია გამოიყოფა, ვიდრე დუღილის დროს. ასე რომ, გლუკოზის დაჟანგვის დროს C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + 6CO 2, გამოიყოფა 686 კკალ მოლზე, ხოლო რძემჟავა დუღილის რეაქციაში მხოლოდ 47 კკალ მოლზე.

ბუნებრივია, უჯრედებმა დაიწყეს შესაძლებლობების გამოყენება. ATP სინთეზი აერობულ პირობებში ბევრად უფრო ეფექტურია, ვიდრე ანაერობული სინთეზი: თუ დუღილის დროს გლუკოზის 1 მოლეკულის გამოყენებისას წარმოიქმნება 2 ATP მოლეკულა, მაშინ ჟანგვითი ფოსფორილირების დროს - დაახლოებით 30 (ძველი მონაცემებით - 38). ენერგეტიკულ ბალანსზე მეტს ვისაუბრებთ მე-12 გაკვეთილზე.

სხვადასხვა ორგანული ნივთიერებები განიცდიან ოქსიდაციურ ტრანსფორმაციას - ამინომჟავების, შაქრების, ცხიმოვანი მჟავების და ა.შ. მეტაბოლიზმის შუალედური მეტაბოლიტები. თითოეული მათგანისთვის საკუთარი მეტაბოლური გზის შექმნა ალოგიკური იქნებოდა. ბევრად უფრო მოსახერხებელია ყველა ამ ნივთიერების ჯერ დაჟანგვა ერთი, ერთიანი ჟანგვითი აგენტით, შემდეგ კი ასეთი „უნივერსალური ჟანგვის აგენტის“ შემცირებული ფორმის დაჟანგვა ჟანგბადით. ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდი, NAD, გამოიყენება როგორც ეს უნივერსალური რედოქს შუალედური უჯრედში; ამ ნაერთზე უკვე ვისაუბრეთ მე-10 გაკვეთილზე. როგორც მე-10 გაკვეთილზეა აღნიშნული, ეს ნივთიერება შეიძლება არსებობდეს ორი ფორმით: დაჟანგული NAD + და შემცირებული NAD∙H. პირველი ფორმის მეორეში გადაქცევა მოითხოვს ორი ელექტრონის და ერთი H + იონის მიწოდებას.

სისტემა ასრულებს რედოქს შატლის როლს, რომელიც გადასცემს ელექტრონებს სხვადასხვა ორგანული ნივთიერებებიდან ჟანგბადში: პირველ ეტაპზე, NAD + იღებს ელექტრონებს ორგანული ნივთიერებებიდან და საბოლოოდ ჟანგავს მათ CO 2 და H 2 O (რა თქმა უნდა, არა ერთ ეტაპზე, მაგრამ მრავალი შუალედური კავშირის საშუალებით); მეორე ეტაპზე ჟანგბადი ჟანგავს NAD∙H-ს, რომელიც წარმოიქმნება პირველ ეტაპზე და აბრუნებს მას დაჟანგულ მდგომარეობაში.

ასე რომ, ყველაზე ზოგადი ფორმით, სხვადასხვა ნივთიერებების დაშლის რეაქციების ნაკრები აერობულ პირობებში (ანუ ჟანგბადის თანდასწრებით) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

1)	ორგანული ნაერთები +
2)

პირველი ეტაპის რეაქციები მიმდინარეობს ან ციტოპლაზმაში ან მიტოქონდრიაში, ხოლო მეორე ეტაპის რეაქციები მხოლოდ მიტოქონდრიაში. ამ გაკვეთილზე განვიხილავთ მხოლოდ პირველი ჯგუფის რეაქციებს, მე-12 გაკვეთილზე შეისწავლება მეორე ჯგუფის რეაქციები.

უჯრედში არის კიდევ ერთი კოენზიმი - FAD (ფლავინის ადენინის დინუკლეოტიდი) - რომელიც ასევე ემსახურება როგორც რედოქს შატლს, მაგრამ გამოიყენება უფრო ნაკლებ რეაქციებში, ვიდრე NAD; იგი სინთეზირებულია ვიტამინი B 2 - რიბოფლავინისაგან.

მოდით შევხედოთ მეტაბოლურ გზებს - გლუკოზისა და ცხიმოვანი მჟავების ჟანგვითი გარდაქმნას. აერობული გლიკოლიზი იწყება იგივე რეაქციებით, როგორც ანაერობული გლიკოლიზი, რომელიც უკვე განვიხილეთ (იხილეთ გაკვეთილი 10). თუმცა, პროცესის ბოლო ეტაპები სხვაგვარად წარიმართება. ანაერობული გლიკოლიზის ჩატარებისას უჯრედს შეექმნა პრობლემა: რა უნდა გააკეთოს შემცირებულ NAD∙H-თან, რომელიც წარმოიქმნება გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატდეჰიდროგენაზას რეაქციის დროს? თუ ის არ დაიჟანგება NAD +-მდე, მაშინ პროცესი სწრაფად შეჩერდება, შესაბამისად, ანაერობული გლიკოლიზის დროს, ბოლო რეაქცია - ლაქტატდეჰიდროგენაზა - მხოლოდ ამ კოენზიმის პირვანდელ ფორმაში დაბრუნებას ემსახურებოდა. აერობული პირობებით ასეთი პრობლემა არ არის. პირიქით, NAD∙H ემსახურება როგორც ენერგიის ყველაზე ღირებული წყარო ჟანგბადის მეტაბოლიზმში - სპეციალური გადამზიდავი სისტემა მას ციტოზოლიდან მიტოქონდრიაში აწვდის, სადაც ის იჟანგება და ამ ენერგიის გამო სინთეზირდება ATP.

როდესაც გლიკოლიზი ხდება აერობულ პირობებში, პირუვიკის მჟავა არ შემცირდება, მაგრამ ტრანსპორტირდება მიტოქონდრიაში და იჟანგება. პირველ რიგში, ის გადაიქცევა ძმარმჟავას ნარჩენად, აცეტილად, რომელიც კოვალენტურად არის მიმაგრებული სპეციალურ კოენზიმზე - ე.წ.

ამ შეუქცევად რეაქციას ახორციელებს მიტოქონდრიული ფერმენტი პირუვატ დეჰიდროგენაზა, რომელიც აჟანგებს პირუვიკ მჟავას აცეტილ-კოენზიმ A-მდე ნახშირორჟანგის გამოყოფით. ეს ფერმენტი შეიცავს მისი მუშაობისთვის აუცილებელ რამდენიმე კოფერმენტს: თიამინის პიროფოსფატს (წარმოქმნის ვიტამინი B 1 - თიამინს), ლიპოის მჟავას (ზოგჯერ გამოიყენება როგორც ჯანმრთელობის გამაძლიერებელი დიეტური დანამატი) და FAD (ჩვენ უკვე დავწერეთ ამის შესახებ ზემოთ). ეს არის ძალიან რთული ცილა, რომელიც შედგება მრავალი ქვედანაყოფისგან, მისი მოლეკულური წონა რამდენიმე მილიონი დალტონია.

კოენზიმი A, რომელსაც აცეტილის ნარჩენი ერთვის, სინთეზირებულია პანტოტენის მჟავისგან, რომელიც ასევე ვიტამინია (ვიტამინი B 5). აცეტილ-კოენზიმი A არის მაკროერგი, რომელიც ისეთივე მდიდარია ენერგიით, როგორც ATP (იხ. გაკვეთილი 9).

პირუვატდეჰიდროგენაზა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს აერობული გლუკოზის კატაბოლიზმის რეგულირებაში. ეს ფერმენტი ინჰიბირებულია NAD∙H და აცეტილ-CoA, მისი საბოლოო პროდუქტებით, უარყოფითი გამოხმაურებით. რეგულირება ხორციელდება რთული მექანიზმის გამოყენებით, რომელიც მოიცავს ამ ცილის როგორც ალოსტერიულ, ასევე კოვალენტურ მოდიფიკაციას. ეს ფერმენტი ასევე თრგუნავს ცხიმოვანი მჟავებით. ცხიმოვანი მჟავები ენერგიის უფრო კალორიული წყაროა და გარდა ამისა, ისინი ნაკლებად ღირებულია უჯრედში სინთეზური პროცესების განსახორციელებლად, ამიტომ, როგორც გლუკოზის (ბოლოს და ბოლოს, მისგან წარმოიქმნება პირუვატი), ასევე ცხიმოვანი მჟავების თანდასწრებით. მიზანშეწონილია ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვა პირველ რიგში.

შემდეგ აცეტილ-კოენზიმი A დაიჟანგება CO 2 და H 2 O პროცესში, რომელსაც ეწოდება კრებსის ციკლი (გ. კრებსის პატივსაცემად, რომელმაც პირველად აღწერა 1937 წელს).

კრებსის ციკლის მთავარი როლი უჯრედის ენერგეტიკულ მეტაბოლიზმში არის შემცირებული კოფერმენტების NAD∙H და FAD∙H 2 მიღება, რომლებიც შემდეგ დაიჟანგება ჟანგბადით ATP-ს სინთეზირებისთვის ADP-დან და ფოსფატიდან (ამ პროცესს განვიხილავთ გაკვეთილზე. 12). კოენზიმების აღდგენა მიიღწევა ძმარმჟავას ნარჩენების სრული დაჟანგვით CO 2 და H 2 O-მდე.

ციკლი იწყება ძმარმჟავას ნარჩენების აცეტილ-CoA-დან ოქსალოაცეტატის მჟავაზე გადატანით (ნეიტრალურ გარემოში ეს არის ოქსალოაცეტატის იონი), რის შედეგადაც წარმოიქმნება ლიმონმჟავა (უფრო ზუსტად ციტრატის იონი) და გამოიყოფა კოენზიმი A. ეს რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ ციტრატ სინთაზას მიერ და შეუქცევადია.

ამ ეტაპზე ჩართულ ორგანულ მჟავებს აქვთ სამი კარბოქსილის ჯგუფი, ზოგჯერ მთელ ციკლს უწოდებენ "ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლს", მაგრამ ეს სახელი სამწუხაროა - უკვე შემდეგ ეტაპზე ერთი კარბოქსილის ჯგუფი იკარგება. ამიტომ, ციკლს ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც "ტრიკარბოქსილის და დიკარბოქსილის მჟავას ციკლს".

ორივე შემთხვევაში გამოიყოფა ნახშირორჟანგი, ჟანგვის აგენტი NAD + მცირდება NAD ∙ H-მდე და შემცირებული მჟავის ნარჩენი ემატება კოენზიმ A-ს რეაქციის დროს A. α-კეტოგლუტარატდეჰიდროგენაზას რეაქცია ისეთივე შეუქცევადია, როგორც პირუვატდეჰიდროგენაზა. რეაქცია, ხოლო ფერმენტი, რომელიც მას კატალიზატორი ახორციელებს, შეიცავს იგივე კოენზიმებს.

რეაქციის პროდუქტი სუქცინილ-კოენზიმი A ისეთივე მდიდარია ენერგიით, როგორც აცეტილ-კოენზიმი A. სისულელე იქნებოდა ამ ენერგიის სითბოში გაფანტვა და უჯრედი არ დაუშვებს ასეთ ნარჩენებს. სუქცინილ-CoA უბრალოდ არ ჰიდროლიზდება სუქცინის მჟავამდე (უფრო ზუსტად, სუქცინატ იონამდე) და კოენზიმ A-მდე; ამ რეაქციის დროს GTP სინთეზირდება მშპ-დან და ფოსფატიდან, ხოლო GTP ისეთივე მაკროერგიულია, როგორც ATP.

სუქცინის მჟავა განიცდის შემდგომ დაჟანგვას. თუმცა, მისი ჟანგვის აგენტი არის არა ჩვეულებრივი NAD +, არამედ სხვა კოენზიმი - FAD. ბუნებამ ეს კონკრეტული კოენზიმი საერთოდ არ გამოიყენა კრებსის ციკლის შემსწავლელი სტუდენტებისა და სკოლის მოსწავლეების სიცოცხლის მოსაწამლად. ფაქტია, რომ სუქცინის მჟავაში ძალიან ინერტული ჯგუფი -CH 2 -CH 2 - ექვემდებარება დაჟანგვას. გაიხსენეთ ორგანული ქიმიის კურსი - ალკანები ზოგადად ოდნავ რეაქტიულია ალკოჰოლებთან და ალდეჰიდებთან შედარებით, მათი დაჟანგვა გაცილებით რთულია. აქაც უჯრედი იძულებულია გამოიყენოს უფრო ძლიერი ფლავინის ოქსიდანტი და არა ჩვეულებრივი ნიკოტინამიდი. ამავდროულად, სუქცინის მჟავა გადაიქცევა ფუმარინის მჟავად, რეაქციას აჩქარებს ფერმენტ სუქცინატ დეჰიდროგენაზა.

ციკლის ბოლო რეაქციაა ვაშლის მჟავის დაჟანგვა ოქსალოძმარმჟავად, კარგად ცნობილი NAD + ემსახურება როგორც ჟანგვის აგენტს, ხოლო რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ მალატდეჰიდროგენაზას მიერ.

შედეგად მიღებული NAD∙H და FAD∙H 2 შემდეგ იჟანგება მიტოქონდრიაში, რაც უზრუნველყოფს ენერგიას ATP სინთეზისთვის. კრებსის ციკლი ასევე წარმოქმნის GTP-ის 1 მოლეკულას, ენერგიით მდიდარ ნაერთს, რომელსაც შეუძლია ფოსფატის ნარჩენი გადაიტანოს ADP-ზე და წარმოქმნას ATP. ოქსალოძმარმჟავას მოლეკულა ყოველგვარი ცვლილების გარეშე ტოვებს ციკლს - ის ემსახურება აცეტილ კოენზიმ A-ს დაჟანგვის კატალიზატორს და თავად უბრუნდება საწყის მდგომარეობას ციკლის ყოველი შემობრუნების ბოლოს. კრებსის ციკლის ფერმენტები განლაგებულია მიტოქონდრიულ მატრიქსში (გარდა სუქცინატდეჰიდროგენაზასა, ის მდებარეობს შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე).

კრებსის ციკლში რამდენიმე ფერმენტი ერთდროულად რეგულირდება. იზოციტრატდეჰიდროგენაზა ინჰიბირებულია NAD∙H-ით, ციკლის საბოლოო პროდუქტით და აქტიურდება ADP-ით, ნივთიერება, რომელიც წარმოიქმნება ენერგიის ხარჯვის დროს. მალატდეჰიდროგენაზას რეაქციის შექცევადობა ასევე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ციკლის რეგულირებაში. NAD∙H-ის მაღალი კონცენტრაციის დროს, ეს რეაქცია მიმდინარეობს მარჯვნიდან მარცხნივ, მალატის წარმოქმნისკენ. შედეგად, ოქსალოაცეტატის კონცენტრაცია ეცემა და ციტრატის სინთეზის რეაქციის სიჩქარე მცირდება. მიღებული მალატი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა მეტაბოლურ პროცესებში. ციტრატ სინთაზა ასევე ალოსტერიულად ინჰიბირდება ATP-ით. ასევე რეგულირდება α-კეტოგლუტარატდეჰიდროგენაზას აქტივობა.

კრებსის ციკლი მონაწილეობს არა მხოლოდ გლუკოზის, არამედ ცხიმოვანი მჟავების და ამინომჟავების ჟანგვითი გარდაქმნებში. გარე მემბრანაში შეღწევის შემდეგ, ცხიმოვანი მჟავები პირველად აქტიურდება ციტოპლაზმაში კოენზიმ A-ს დამატებით, ხოლო ATP-ის ორი მაკროერგიული ბმა მოიხმარება:

R–COOH + HS–KoA + ATP = R–CO–S–KoA + AMP + P–P.

პიროფოსფატი დაუყოვნებლივ იშლება ფერმენტ პიროფოსფატაზას მიერ, რეაქციის წონასწორობა მარჯვნივ გადადის.

შემდეგ აცილ-კოენზიმი A გადადის მიტოქონდრიაში.

ამ ორგანელებში მოქმედებს ეგრეთ წოდებული ცხიმოვანი მჟავების β-დაჟანგვის ფერმენტული სისტემა. β- დაჟანგვის პროცესი ეტაპობრივად მიმდინარეობს. თითოეულ ეტაპზე, აცეტილ კოენზიმის A სახით ორნახშირბადის ფრაგმენტი იხსნება ცხიმოვანი მჟავისგან და NAD + მცირდება NAD ∙ H-მდე და FAD-მდე FAD ∙ H2.

პირველი რეაქციის დროს, -CH 2 -CH 2 - ჯგუფი, რომელიც მდებარეობს კარბონილის ნახშირბადის ატომთან ახლოს, იჟანგება. ისევე როგორც სუქცინატის დაჟანგვის შემთხვევაში კრებსის ციკლში, FAD ემსახურება როგორც ჟანგვის აგენტს. შემდეგ (მეორე რეაქცია) წარმოქმნილი უჯერი ნაერთის ორმაგი ბმა ჰიდრატირებულია, ხოლო მესამე ნახშირბადის ატომი ჰიდროქსილირდება - წარმოიქმნება β-ჰიდროქსი მჟავა, რომელიც დაკავშირებულია კოენზიმ A-სთან. მესამე რეაქციის დროს ეს ალკოჰოლური ჯგუფი იჟანგება კეტომდე. ჯგუფი, NAD + გამოიყენება ჟანგვის აგენტად. და ბოლოს, კოენზიმ A-ს კიდევ ერთი მოლეკულა რეაგირებს მიღებულ β-კეტოაცილ კოენზიმ A-სთან. შედეგად, აცეტილ კოენზიმი A იშლება და აცილ-CoA მცირდება ნახშირბადის ორი ატომით. ახლა ციკლური პროცესი გაგრძელდება მეორე პერსპექტივაში, ცხიმოვანი მჟავების ნარჩენი შემცირდება კიდევ ერთი აცეტილ-CoA-ით და ასე გაგრძელდება, სანამ ცხიმოვანი მჟავა მთლიანად არ დაიშლება. ოთხი β-ჟანგვის რეაქციისგან მხოლოდ პირველია შეუქცევადი, დანარჩენი შექცევადია, მათი გადასვლა მარცხნიდან მარჯვნივ უზრუნველყოფილია საბოლოო პროდუქტების მუდმივი გამომუშავებით.

საერთო ჯამში, პალმიტოილ-კოენზიმ A-ს β-დაჟანგვა მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით:

აცეტილ-CoA შემდეგ შედის კრებსის ციკლში. NAD∙H და FAD∙H2 იჟანგება მიტოქონდრიებში, რაც უზრუნველყოფს ენერგიას ATP სინთეზისთვის.

ამინომჟავების კატაბოლიზმი ასევე მიმდინარეობს კრებსის ციკლით. სხვადასხვა ამინომჟავები შედიან ციკლში სხვადასხვა მეტაბოლური გზებით და მათი განხილვა ძალიან რთულია ამ კურსისთვის.

კრებსის ციკლს უჯრედი იყენებს არა მხოლოდ ენერგეტიკული მოთხოვნილებებისთვის, არამედ მისთვის საჭირო მთელი რიგი ნივთიერებების სინთეზისთვის. ეს არის ცენტრალური მეტაბოლური გზა უჯრედის როგორც კატაბოლურ, ასევე ანაბოლურ პროცესებში.

თავად ჰანს კრებსმა ჯერ თეორიულად გამოთქვა ვარაუდი, რომ დი- და ტრიკარბოქსილის მჟავების გარდაქმნები ციკლურად მიმდინარეობდა, შემდეგ კი ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია, რომლებშიც მან აჩვენა ამ მჟავების ურთიერთკონვერსია და აერობული გლიკოლიზის სტიმულირების უნარი. თუმცა, ამ მეტაბოლური გზის გადინების ძლიერი მტკიცებულება ამ გზით და არა სხვაგვარად, მიღებული იქნა იზოტოპური მარკირების ექსპერიმენტების გამოყენებით.

წარმოიდგინეთ, რომ თქვენ შეცვალეთ ჩვეულებრივი ბუნებრივი იზოტოპი რადიოაქტიურით კრებსის ციკლის გარკვეულ შუალედურ მეტაბოლიტში. ახლა ეს ნივთიერება, როგორც იყო, ატარებს რადიოაქტიურ ეტიკეტს და ეს შესაძლებელს ხდის მის შემდგომ ბედს. ასეთი ეტიკეტირებული ნაერთი შეიძლება დაემატოს უჯრედის ექსტრაქტს და ცოტა ხნის შემდეგ ვნახოთ, რაში იქცევა. ამისათვის შეგიძლიათ გამოყოთ მცირე მოლეკულები მაკრომოლეკულებისგან (მაგალითად, ამ უკანასკნელის დალექვით) და გამოყოთ მათი ნარევი ქრომატოგრაფიული მეთოდის გამოყენებით (იხილეთ გაკვეთილი 8). შემდეგ რჩება მხოლოდ იმის დადგენა, თუ რომელი ნივთიერებები შეიცავს რადიოაქტიურობას. მაგალითად, თუ ექსტრაქტს დაუმატებთ რადიოაქტიურად ეტიკეტირებულ ლიმონმჟავას, მაშინ ძალიან მალე ეტიკეტი აღმოჩნდება ცის-აკონიტურ და იზოციტრიკულ მჟავებში, ხოლო გარკვეული დროის შემდეგ α-კეტოგლუტარულში. თუ ემატება ეტიკეტირებული α-კეტოგლუტარის მჟავა, მაშინ ეტიკეტი პირველ რიგში გადადის სუქცინილ-კოენზიმ A-ში და სუქცინის მჟავაში, შემდეგ კი ფუმარინის მჟავაში. ამრიგად, სხვადასხვა რადიოაქტიურად მარკირებული ნივთიერების დამატებით და იმის დადგენით, თუ სად წავიდა რადიოაქტიური ეტიკეტი, შესაძლებელია გაირკვეს რეაქციების თანმიმდევრობა მეტაბოლური გზის ნებისმიერ ეტაპზე.

რადიოაქტიურობა შეიძლება განისაზღვროს სხვადასხვა გზით. უმარტივესი გზაა ფოტოგრაფიული ემულსიის განათება, რადგან თავად რადიოაქტიურობა აღმოაჩინა ა.ბეკერელმა სწორედ რადიოაქტიური გამოსხივების უნარის გამო, განათდეს ფოტოგრაფიული ფირფიტა. მაგალითად, თუ ჩვენ გამოვყავით ნივთიერებების ნარევი თხელი ფენის ქრომატოგრაფიით და ვიცით, სად მდებარეობს კონკრეტული ნივთიერების ლაქა, მაშინ ჩვენ შეგვიძლია უბრალოდ მივამაგროთ ფოტოგრაფიული ფირფიტა ჩვენს ქრომატოგრამაზე. შემდეგ განათდება ფოტოგრაფიული ფირფიტის ის მონაკვეთი, რომელიც კონტაქტში იყო რადიოაქტიურობის შემცველ ლაქასთან. რჩება მხოლოდ იმის დანახვა, თუ რომელი ნივთიერებები აანთო ემულსია რომელი ნივთიერებების ლაქების მახლობლად და დაუყოვნებლივ შეიძლება ითქვას, რომ სწორედ ამ ნივთიერებებში გადავიდა რადიოაქტიური ეტიკეტი.

ამ მეთოდს ე.წ ავტორადიოგრაფია . მისი გამოყენება შესაძლებელია არა მხოლოდ მცირე, არამედ დიდი მოლეკულების შესასწავლად – მაგალითად, ცოცხალ უჯრედში რადიოაქტიურად მარკირებული ურიდინის დამატებით. როგორც მე-7 გაკვეთილზე ვთქვით, ურიდინის ნუკლეოტიდები რნმ-ის ნაწილია, ამიტომ ეს მაკრომოლეკულა მალე რადიოაქტიურად მარკირებული იქნება. ახლა უკვე შესაძლებელია უჯრედში რნმ-ის ადგილმდებარეობისა და ტრანსპორტირების თვალყურის დევნება. ამისათვის თქვენ უნდა დააფიქსიროთ უჯრედები ისე, რომ მაკრომოლეკულები დალექონ და შემდგომი პროცედურების დროს არ გაცურონ, შეავსოთ ისინი ფოტო ემულსიით და ცოტა ხნის შემდეგ დაათვალიეროთ მიკროსკოპით, სადაც ჩნდება განათებული ადგილები.

ავტორადიოგრაფიის საშუალებით შესაძლებელია უშუალოდ დავაკვირდეთ მოლეკულების ბედს უჯრედში. თუმცა, მეთოდს აქვს ნაკლიც - ის იძლევა მხოლოდ რადიოაქტიური ეტიკეტის არსებობის თვისობრივ მახასიათებელს და არ იძლევა მისი რაოდენობრივად გაზომვის საშუალებას. ზუსტი რაოდენობრივი გაზომვისთვის გამოიყენება სხვა მეთოდი. რადიოაქტიური იზოტოპებიდან გამოსხივებული β- ნაწილაკები იწვევენ სპეციალური ნივთიერებების - სცინტილატორების ბზინვარებას. ამ სიკაშკაშის ინტენსივობა ზუსტად შეიძლება გაიზომოს სპეციალური მოწყობილობის - სცინტილაციის მრიცხველის გამოყენებით. სიკაშკაშის ზუსტი გაზომვით ჩვენ შეგვიძლია ზუსტად განვსაზღვროთ რადიოაქტიური იზოტოპის რაოდენობა. თუმცა, სცინტილაციის მრიცხველის გამოყენება მხოლოდ ნიმუშში რადიოაქტიური იზოტოპის მთლიან რაოდენობას ზომავს. თუ უჯრედის სუსპენზიას დავტვირთავთ სცინტილატორული ხსნარით, შეგვიძლია განვსაზღვროთ რადიოაქტიური ნაერთის მთლიანი რაოდენობა, მაგრამ არა მისი განაწილება ორგანელებზე. ამისათვის ჩვენ მოგვიწევს ცალკეული უჯრედის ორგანელების გამოყოფა და მათში რადიოაქტიურობის გაზომვა.

ჩვეულებრივ ბიოქიმიურ კვლევებში გამოიყენება ისეთი იზოტოპები, როგორიცაა ტრიტიუმი 3 H, ნახშირბადი 14 C, ფოსფორი 32 P და გოგირდი 35 S.

ნახშირბადის ქიმიური ენერგიის ძირითადი ნაწილი გამოიყოფა აერობულ პირობებში ჟანგბადის მონაწილეობით. კრებსის ციკლს ასევე უწოდებენ ლიმონმჟავას ციკლს, ანუ უჯრედულ სუნთქვას. ამ პროცესის ინდივიდუალური რეაქციების გაშიფვრაში მონაწილეობა მიიღო ბევრმა მეცნიერმა: ა.სენტ-გიორგი, ა.ლენინგერი, ქს.კრებსი, რომელთა სახელს ატარებენ ციკლი, ს.ე.სევერინი და სხვები.

არსებობს მჭიდრო კორელაცია ნახშირწყლების ანაერობულ და აერობულ მონელებას შორის. უპირველეს ყოვლისა, ის გამოიხატება პირუვიკ მჟავას თანდასწრებით, რომელიც ასრულებს ნახშირწყლების ანაერობულ დაშლას და იწყებს უჯრედულ სუნთქვას (კრებსის ციკლი). ორივე ფაზა კატალიზებულია ერთიდაიგივე ფერმენტებით. ქიმიური ენერგია გამოიყოფა ფოსფორილირების დროს და რეზერვირებულია ATP მაკროერგების სახით. ქიმიურ რეაქციებში მონაწილეობენ იგივე კოენზიმები (NAD, NADP) და კათიონები. განსხვავებები შემდეგია: თუ ნახშირწყლების ანაერობული მონელება უპირატესად ლოკალიზებულია ჰიალოპლაზმაში, მაშინ უჯრედული სუნთქვის რეაქციები ძირითადად მიტოქონდრიაში მიმდინარეობს.

გარკვეულ პირობებში, ანტაგონიზმი შეინიშნება ორ ფაზას შორის. ასე რომ, ჟანგბადის თანდასწრებით, გლიკოლიზი მკვეთრად მცირდება (პასტერის ეფექტი). გლიკოლიზის პროდუქტებს შეუძლიათ დათრგუნონ ნახშირწყლების აერობული მეტაბოლიზმი (კრაბტრის ეფექტი).

კრებსის ციკლს აქვს მრავალი ქიმიური რეაქცია, რის შედეგადაც ნახშირწყლების დაშლის პროდუქტები იჟანგება ნახშირორჟანგამდე და წყალში, ხოლო ქიმიური ენერგია გროვდება მაკროენერგიულ ნაერთებში. "გადამზიდის" წარმოქმნის დროს - ოქსილოძმარმჟავა (SOC). შემდგომში ხდება კონდენსაცია გააქტიურებული ძმარმჟავას ნარჩენების „გადამზიდავთან“. არსებობს ტრიკარბოქსილის მჟავა - ლიმონი. ქიმიური რეაქციების დროს ციკლში ხდება ძმარმჟავას ნარჩენების „ბრუნვა“. პირუვიკ მჟავას თითოეული მოლეკულიდან წარმოიქმნება ადენოზინტრიფოსფატის თვრამეტი მოლეკულა. ციკლის ბოლოს გამოიყოფა „გადამზიდავი“, რომელიც რეაგირებს გააქტიურებული ძმარმჟავას ნარჩენების ახალ მოლეკულებთან.

კრებსის ციკლი: რეაქციები

თუ ნახშირწყლების ანაერობული მონელების საბოლოო პროდუქტი არის რძემჟავა, მაშინ ლაქტატდეჰიდროგენაზას გავლენით იგი იჟანგება პირუვიკ მჟავად. პირუვიტის მჟავას მოლეკულების ნაწილი გამოიყენება BJC-ის "გადამზიდის" სინთეზისთვის პირუვატ კარბოქსილაზას ფერმენტის გავლენის ქვეშ და Mg2 + იონების თანდასწრებით. პირუვიკ მჟავას მოლეკულების ნაწილი არის "აქტიური აცეტატის" - აცეტილ კოენზიმის A (აცეტილ-CoA) წარმოქმნის წყარო. რეაქცია ტარდება პირუვატდეჰიდროგენაზას გავლენის ქვეშ. აცეტილ-CoA შეიცავს, რომელიც აგროვებს ენერგიის დაახლოებით 5-7%-ს. ქიმიური ენერგიის ძირითადი მასა წარმოიქმნება „აქტიური აცეტატის“ დაჟანგვის შედეგად.

ციტრატ სინთეტაზას გავლენით კრებსის ციკლი თავად იწყებს ფუნქციონირებას, რაც იწვევს ციტრატის მჟავას წარმოქმნას. ეს მჟავა აკონიტატ ჰიდრატაზას ზემოქმედებით დეჰიდრატდება და გადაიქცევა ცის-აკონიტურ მჟავად, რომელიც წყლის მოლეკულის დამატების შემდეგ იზოციტრიკული ხდება. სამ ტრიკარბოქსილის მჟავას შორის დამყარებულია დინამიური წონასწორობა.

იზოციტრიული მჟავა იჟანგება ოქსალოსუკცინის მჟავად, რომელიც დეკარბოქსილირდება და გარდაიქმნება ალფა-კეტოგლუტარის მჟავად. რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ იზოციტრატ დეჰიდროგენაზას მიერ. ალფა-კეტოგლუტარის მჟავა ფერმენტ 2-ოქსო-(ალფა-კეტო)-გლუტარატდეჰიდროგენაზას გავლენით დეკარბოქსილირდება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება სუქცინილ-CoA, რომელიც შეიცავს მაკროერგიულ კავშირს.

შემდეგ ეტაპზე, სუქცინილ-CoA, ფერმენტ სუქცინილ-CoA სინთეტაზას მოქმედებით, გადააქვს მაკროერგიულ ბმას მშპ-ში (გუანოზინის დიფოსფატის მჟავა). GTP (გუანოზინტრიფოსფატის მჟავა), ფერმენტ GTP-ადენილატ კინაზას გავლენით, აძლევს მაკროერგიულ კავშირს AMP-თან (ადენოზინმონოფოსფატის მჟავა). კრებსის ციკლი: ფორმულები - GTP + AMP - GDP + ADP.

ფერმენტის სუქცინატდეჰიდროგენაზას (SDH) გავლენის ქვეშ იჟანგება ფუმარულამდე. SDH-ის კოენზიმი არის ფლავინის ადენინ დინუკლეოტიდი. ფუმარატი ფერმენტ ფუმარატ ჰიდრატაზას გავლენით გარდაიქმნება ვაშლის მჟავად, რომელიც თავის მხრივ იჟანგება და წარმოიქმნება BOC. რეაქციის სისტემაში აცეტილ-CoA-ს არსებობისას, BFA კვლავ შედის ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში.

ასე რომ, 38-მდე ATP მოლეკულა იქმნება ერთი გლუკოზის მოლეკულისგან (ორი - ანაერობული გლიკოლიზის გამო, ექვსი - ორი NAD H + H + მოლეკულის დაჟანგვის შედეგად, რომლებიც წარმოიქმნება გლიკოლიზური ჟანგვის დროს, და 30 - გამო TCA). CTC-ის ეფექტურობა არის 0.5. დანარჩენი ენერგია იშლება სითბოს სახით. TCA-ში რძემჟავას 16-33% იჟანგება, მისი დანარჩენი მასა გამოიყენება გლიკოგენის რესინთეზისთვის.

ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი ასევე ცნობილია როგორც კრებსის ციკლი, ვინაიდან ასეთი ციკლის არსებობა შემოთავაზებული იყო ჰანს კრებსის მიერ 1937 წელს.
ამისათვის 16 წლის შემდეგ მას მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში. ასე რომ, აღმოჩენა ძალიან მნიშვნელოვანია. რას ნიშნავს ეს ციკლი და რატომ არის ის ასე მნიშვნელოვანი?

რაც არ უნდა თქვას, თქვენ ჯერ კიდევ საკმაოდ შორს უნდა დაიწყოთ. თუ ამ სტატიის წაკითხვა აიღეთ, მაშინ ყოველ შემთხვევაში, ჭორებით იცით, რომ უჯრედებისთვის ენერგიის მთავარი წყარო გლუკოზაა. ის მუდმივად იმყოფება სისხლში თითქმის უცვლელი კონცენტრაციით - ამისათვის არსებობს სპეციალური მექანიზმები, რომლებიც ინახავს ან გამოყოფს გლუკოზას.

თითოეული უჯრედის შიგნით არის მიტოქონდრია – ცალკეული ორგანელები (უჯრედის „ორგანოები“), რომლებიც ამუშავებენ გლუკოზას უჯრედშიდა ენერგიის წყაროს – ATP-ის მისაღებად. ATP (ადენოზინის ტრიფოსფორის მჟავა) არის მრავალმხრივი და ძალიან მოსახერხებელი გამოსაყენებლად, როგორც ენერგიის წყარო: ის უშუალოდ ინტეგრირებულია ცილებში და უზრუნველყოფს მათ ენერგიით. უმარტივესი მაგალითია ცილა მიოზინი, რომლის წყალობითაც კუნთებს შეუძლიათ შეკუმშვა.

გლუკოზა არ შეიძლება გარდაიქმნას ATP-ად, მიუხედავად იმისა, რომ ის შეიცავს დიდი რაოდენობით ენერგიას. როგორ გამოვიღოთ ეს ენერგია და მივმართოთ მას სწორი მიმართულებით ბარბაროსული (ფიჭური სტანდარტებით) საშუალებების გამოყენების გარეშე, როგორიცაა დაწვა? აუცილებელია გამოსავლის გამოყენება, რადგან ფერმენტები (ცილის კატალიზატორები) საშუალებას აძლევს ზოგიერთ რეაქციას უფრო სწრაფად და ეფექტურად განვითარდეს.

პირველი ნაბიჯი არის გლუკოზის მოლეკულის გადაქცევა პირუვატის (პირუვინის მჟავა) ან ლაქტატის (რძის მჟავა) ორ მოლეკულად. ამ შემთხვევაში გლუკოზის მოლეკულაში შენახული ენერგიის მცირე ნაწილი (დაახლოებით 5%) გამოიყოფა. ლაქტატი წარმოიქმნება ანაერობული დაჟანგვით - ანუ ჟანგბადის ნაკლებობით. ასევე არსებობს გლუკოზის ანაერობულ პირობებში გადაქცევის გზა ეთანოლისა და ნახშირორჟანგის ორ მოლეკულად. ამას ეწოდება დუღილი და ჩვენ არ განვიხილავთ ამ მეთოდს.


...ისევე, როგორც ჩვენ დეტალურად არ განვიხილავთ თავად გლიკოლიზის მექანიზმს, ანუ გლუკოზის პირუვატად დაშლას. იმიტომ რომ, ლეინჯერის ციტატაზე რომ ვთქვათ, „გლუკოზის პირუვატად გადაქცევა კატალიზებულია თანმიმდევრობით მოქმედი ათი ფერმენტის მიერ“. მსურველებს შეუძლიათ გახსნან ბიოქიმიის სახელმძღვანელო და დეტალურად გაეცნონ პროცესის ყველა ეტაპს - ძალიან კარგად არის შესწავლილი.

როგორც ჩანს, გზა პირუვატიდან ნახშირორჟანგამდე უნდა იყოს საკმაოდ მარტივი. მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ის ცხრა ეტაპიანი პროცესით ხორციელდება, რომელსაც ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი ეწოდება. ეს აშკარა წინააღმდეგობა ეკონომიის პრინციპთან (არ შეიძლება იყოს უფრო მარტივი?) ნაწილობრივ განპირობებულია იმით, რომ ციკლი აკავშირებს რამდენიმე მეტაბოლურ გზას: ციკლში წარმოქმნილი ნივთიერებები არის სხვა მოლეკულების წინამორბედები, რომლებიც აღარ არიან დაკავშირებული სუნთქვასთან ( მაგალითად, ამინომჟავები) და ნებისმიერი სხვა ნაერთები, რომლებიც უნდა განადგურდეს, მთავრდება ციკლში და ან "იწვება" ენერგიისთვის, ან გადამუშავდება დეფიციტურ ნაერთებად.

პირველი ნაბიჯი, რომელიც ტრადიციულად განიხილება კრებსის ციკლთან დაკავშირებით, არის პირუვატის ოქსიდაციური დეკარბოქსილაცია აცეტილის ნარჩენებამდე (აცეტილ-CoA). CoA, თუ ვინმემ არ იცის, არის კოენზიმი A, რომელსაც შემადგენლობაში აქვს თიოლის ჯგუფი, რომელზეც მას შეუძლია აცეტილის ნარჩენების გადატანა.


ცხიმების დაშლა ასევე იწვევს აცეტილებს, რომლებიც ასევე შედიან კრებსის ციკლში. (ისინი სინთეზირებულია ანალოგიურად - Acetyl-CoA-სგან, რაც განმარტავს იმ ფაქტს, რომ ცხიმებში თითქმის ყოველთვის გვხვდება მხოლოდ მჟავები ნახშირბადის ატომების ლუწი რაოდენობით).

აცეტილ-CoA კონდენსირდება ოქსალოაცეტატთან და იძლევა ციტრატს. ეს ათავისუფლებს კოენზიმს A და წყლის მოლეკულას. ეს ეტაპი შეუქცევადია.

ციტრატი დეჰიდროგენირებულია ცის-აკონიტად, ციკლის მეორე ტრიკარბოქსილის მჟავად.

ცის-აკონიტატი ამაგრებს წყლის მოლეკულას და უკვე იზოციტრიკულ მჟავად იქცევა. ეს და წინა ეტაპები შექცევადია. (ფერმენტები ახდენენ როგორც წინა, ასევე საპირისპირო რეაქციების კატალიზებას - იცით, არა?)

იზოციტრიული მჟავა დეკარბოქსილირდება (შეუქცევად) და ერთდროულად იჟანგება კეტოგლუტარის მჟავის მისაღებად. ამავდროულად, NAD +, გამოჯანმრთელებული, გადაიქცევა NADH-ად.

შემდეგი ნაბიჯი არის ჟანგვითი დეკარბოქსილაცია. მაგრამ ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება არა სუქცინატი, არამედ სუქცინილ-CoA, რომელიც ჰიდროლიზდება შემდეგ ეტაპზე და გამოთავისუფლებულ ენერგიას მიმართავს ATP სინთეზზე.

ეს აწარმოებს სხვა NADH მოლეკულას და FADH2 მოლეკულას (კოენზიმი, რომელიც არ არის NAD, რომელიც, თუმცა, ასევე შეიძლება დაჟანგდეს და შემცირდეს, შეინახოს და გამოუშვას ენერგია).

გამოდის, რომ ოქსალოაცეტატი მოქმედებს როგორც კატალიზატორი - ის არ გროვდება და არ მოიხმარება პროცესში. ასეც არის - ოქსალოაცეტატის კონცენტრაცია მიტოქონდრიაში საკმაოდ დაბალია. მაგრამ როგორ ავიცილოთ თავიდან სხვა პროდუქტების დაგროვება, როგორ მოვახდინოთ ციკლის რვავე ეტაპის კოორდინაცია?

ამისთვის, როგორც გაირკვა, არსებობს სპეციალური მექანიზმები - ერთგვარი უარყოფითი გამოხმაურება. როგორც კი გარკვეული პროდუქტის კონცენტრაცია ნორმაზე მაღლა აიწევს, ეს ბლოკავს მის სინთეზზე პასუხისმგებელი ფერმენტის მუშაობას. შექცევადი რეაქციების შემთხვევაში კი ეს კიდევ უფრო მარტივია: როდესაც პროდუქტის კონცენტრაცია აღემატება, რეაქცია უბრალოდ საპირისპირო მიმართულებით იწყებს მოძრაობას.

და ორიოდე მცირე შენიშვნა

ყველამ იცის, რომ ნორმალურად ფუნქციონირებისთვის ორგანიზმს სჭირდება რიგი საკვები ნივთიერებების რეგულარული მიღება, რომლებიც საჭიროა ჯანსაღი მეტაბოლიზმისთვის და, შესაბამისად, ენერგიის წარმოებისა და ხარჯვის პროცესების ბალანსისთვის. ენერგიის წარმოების პროცესი, მოგეხსენებათ, მიტოქონდრიებში მიმდინარეობს, რომლებსაც ამ მახასიათებლის წყალობით უჯრედების ენერგეტიკულ ცენტრებს უწოდებენ. და ქიმიური რეაქციების თანმიმდევრობას, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ენერგია სხეულის თითოეული უჯრედის მუშაობისთვის, ეწოდება კრებსის ციკლი.

კრებსის ციკლი - სასწაულები, რომლებიც ხდება მიტოქონდრიაში

კრებსის ციკლით მიღებული ენერგია (ასევე TCA - ტრიკარბოქსილის მჟავების ციკლი) მიდის ცალკეული უჯრედების საჭიროებებზე, რომლებიც, თავის მხრივ, ქმნიან სხვადასხვა ქსოვილებს და, შესაბამისად, ჩვენი სხეულის ორგანოებსა და სისტემებს. იმის გამო, რომ ორგანიზმი უბრალოდ ვერ იარსებებს ენერგიის გარეშე, მიტოქონდრია მუდმივად მუშაობს იმისთვის, რომ მუდმივად მიაწოდოს უჯრედები საჭირო ენერგიით.

ადენოზინტრიფოსფატი (ATP) - სწორედ ეს ნაერთია ენერგიის უნივერსალური წყარო, რომელიც აუცილებელია ჩვენს ორგანიზმში ყველა ბიოქიმიური პროცესის გასატარებლად.

TCA არის ცენტრალური მეტაბოლური გზა, რის შედეგადაც სრულდება მეტაბოლიტების დაჟანგვა:

• ცხიმოვანი მჟავები;
• ამინომჟავების;
• მონოსაქარიდები.

აერობული დაშლის პროცესში, ეს ბიომოლეკულები იშლება პატარა მოლეკულებად, რომლებიც გამოიყენება ენერგიის ან ახალი მოლეკულების სინთეზისთვის.

ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი შედგება 8 ეტაპისგან, ე.ი. რეაქციები:

1. ლიმონმჟავას წარმოქმნა:

2. იზოციტრიული მჟავის წარმოქმნა:

3. იზოციტრიული მჟავის დეჰიდროგენაცია და პირდაპირი დეკარბოქსილაცია.

4. α-კეტოგლუტარის მჟავას ოქსიდაციური დეკარბოქსილაცია

5. სუბსტრატის ფოსფორილირება

6. სუქცინის მჟავას დეჰიდროგენაცია სუქცინატდეჰიდროგენაზას მიერ

7. ვაშლის მჟავას წარმოქმნა ფერმენტ ფუმარაზას მიერ

8. ოქსალაცეტატის წარმოქმნა

ამრიგად, კრებსის ციკლის შემადგენელი რეაქციების დასრულების შემდეგ:

• აცეტილ-CoA-ს ერთი მოლეკულა (გლუკოზის დაშლის შედეგად წარმოქმნილი) იჟანგება ნახშირორჟანგის ორ მოლეკულად;
• სამი NAD მოლეკულა მცირდება NADH-მდე;
• ერთი FAD მოლეკულა მცირდება FADH 2-მდე;
• წარმოიქმნება GTP-ის ერთი მოლეკულა (ატფ-ის ექვივალენტი).

NADH და FADH 2 მოლეკულები მოქმედებენ როგორც ელექტრონის მატარებლები და გამოიყენება ატფ-ის გენერირებისთვის გლუკოზის მეტაბოლიზმში, ოქსიდაციური ფოსფორილირების შემდეგ ეტაპზე.

კრებსის ციკლის ფუნქციები:

• კატაბოლური (საწვავის მოლეკულების აცეტილის ნარჩენების დაჟანგვა მეტაბოლიზმის საბოლოო პროდუქტებამდე);
• ანაბოლური (კრებსის ციკლის სუბსტრატები - მოლეკულების სინთეზის საფუძველი, მათ შორის ამინომჟავები და გლუკოზა);
• ინტეგრაციული (CTK - კავშირი ანაბოლურ და კატაბოლურ რეაქციებს შორის);
• წყალბადის დონორი (3 NADH.H + და 1 FADH 2 მიტოქონდრიის რესპირატორულ ჯაჭვში მიწოდება);
• ენერგია.

კრებსის ციკლის ნორმალური მიმდინარეობისთვის აუცილებელი ელემენტების ნაკლებობამ შეიძლება გამოიწვიოს ორგანიზმში ენერგიის ნაკლებობასთან დაკავშირებული სერიოზული პრობლემები.

მეტაბოლური მოქნილობის გამო, სხეულს შეუძლია გამოიყენოს არა მხოლოდ გლუკოზა, როგორც ენერგიის წყარო, არამედ ცხიმები, რომელთა დაშლა ასევე იძლევა მოლეკულებს, რომლებიც ქმნიან პირუვიკ მჟავას (ჩართულია კრებსის ციკლში). ამგვარად, CTC სწორად მიედინება ენერგიას და სამშენებლო ბლოკებს ახალი მოლეკულების ფორმირებისთვის.