(ლიმონმჟავას ციკლი ან კრებსის ციკლი)

აერობულ პირობებში, მიღებული აცეტილ-CoA შედის კრებსის ციკლში. კრებსის ციკლში, წყლის ამოღების და დამატების, დეკარბოქსილირებისა და დეჰიდროგენიზაციის რეაქციების შემდეგ, აცეტილ-CoA-ს სახით ციკლში შესული აცეტილის ნარჩენი მთლიანად იშლება. საერთო რეაქცია დაწერილია შემდეგნაირად:

CH 3 CO ~ S-CoA + 3H 2 O + ADP + H 3 RO 4 →

HS-CoA + 2CO 2 + 4[H 2] + ATP

კრებსის ციკლი ცხოველებსა და მცენარეებში ერთნაირია. ეს წარმოშობის ერთიანობის კიდევ ერთი დასტურია. ციკლი ხდება მიტოქონდრიის სტრომაში. განვიხილოთ უფრო დეტალურად:

ციკლის პირველი რეაქცია არის აცეტილის ნარჩენის გადატანა აცეტილ-CoA-დან ოქსალოძმარმჟავაში (OAA) ლიმონმჟავას (ციტრატი) წარმოქმნით (ნახ. 3.2).

ციტრატის სინთაზას მიერ კატალიზებული რეაქციის დროს იკარგება აცეტილ-CoA-ს მაკროერგიული ბმა, ანუ ენერგია, რომელიც ინახებოდა პირუვატის დაჟანგვის პროცესში ციკლის დაწყებამდე. ეს ნიშნავს, რომ გლიკოლიზის მსგავსად, კრებსის ციკლი არ იწყება უჯრედში ენერგიის დაგროვებით, არამედ ხარჯვით.

ჩვენ ხაზს ვუსვამთ, რომ ტრანსფორმაციების ჯაჭვი, რომლებიც ქმნიან ამ ციკლს და, საბოლოო ჯამში, მიზნად ისახავს მრავალი მჟავების ნახშირბადის შემადგენლობის განადგურებას, იწყება მათი გაზრდით: ორნახშირბადის ფრაგმენტი (ძმარმჟავა) ემატება AAA-ს ტეტრაგონალურ ფრაგმენტს წარმოქმნით. ექვსნახშირბადის ტრიკარბოქსილის მჟავას ციტრატი, რომელიც შეიძლება შეინახოს უჯრედებში დიდი რაოდენობით.

ამრიგად, კრებსის ციკლი არის კატალიზური პროცესი და იწყება არა კატაბოლიზმით (განადგურებით), არამედ ციტრატის სინთეზით. ციტრატ სინთეტაზა, რომელიც ამ რეაქციის კატალიზებას ახდენს, მიეკუთვნება მარეგულირებელ ფერმენტებს: ის ინჰიბირებულია NADH-ით და ATP-ით. NADH არის საბოლოო პროდუქტი, რომლის სახითაც ინახება სუნთქვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია. რაც უფრო აქტიურია ციტრატის სინთეტაზა, მით უფრო სწრაფად წავა ციკლის სხვა რეაქციები, მით უფრო სწრაფად წავა ნივთიერებების დეჰიდროგენაცია NADH-ის წარმოქმნით. თუმცა, ამ უკანასკნელის რაოდენობის ზრდა იწვევს ფერმენტის ინჰიბირებას და ციკლი შენელდება. ეს არის უკუკავშირის მარყუჟის მაგალითი.

რეაქციების შემდეგი სერია არის ციტრატის გარდაქმნა აქტიურ იზოციტრიკულ მჟავად (იზოციტრატად). იგი მიმდინარეობს წყლის მონაწილეობით და, ფაქტობრივად, მოდის ლიმონმჟავას ინტრამოლეკულურ ტრანსფორმაციამდე. ამ ტრანსფორმაციის შუალედური პროდუქტია ცის-აკონინის მჟავა:

ორივე რეაქცია კატალიზებულია აკონიტაზას მიერ. შემდეგ იზოციტრატი დეჰიდრატირებულია იზოციტრატდეჰიდროგენაზას მიერ, რომლის კოენზიმია NAD+. დაჟანგვის შედეგად წარმოიქმნება ოქსალო-საქცინის მჟავა (ოქსალოსუკცინატი).

ეს უკანასკნელი მჟავა დეკარბოქსილირდება. გამოყოფილი CO 2 მიეკუთვნება აცეტილის ნარჩენს, რომელიც ციკლში შევიდა აცეტილ-CoA-ს სახით. დეკარბოქსილირების შედეგად წარმოიქმნება ძალიან აქტიური α-კეტოგლუტარის მჟავა (კეტოგლუტარატი).

α-კეტოგლუტარატი, თავის მხრივ, განიცდის იგივე ცვლილებას, რაც ხდება პირუვატის ციკლის დაწყებამდე: ერთდროული დაჟანგვა და დეკარბოქსილაცია.

რეაქციაში მონაწილეობს α-კეტოგლუტარატ დეჰიდროგენაზას კომპლექსი:

α-კეტოგლუტარატი + NAD + + CoA–SH →

სუქცინილ-S-CoA + CO 2 + NADH + H + →

სუქცინილ-S-SOA + ADP + H 3 RO 4 →

სუქცინის მჟავა + ATP + CoA–SH

გამოთავისუფლებული CO 2 არის კიდევ ერთი ნაწილაკი, რომელიც იყოფა აცეტილის ნარჩენებისგან. ამ რთული გარდაქმნების შედეგად წარმოქმნილი სუქცინის მჟავა (სუქცინატი) კვლავ დეჰიდროგენდება და წარმოიქმნება ფუმარინის მჟავა (ფუმარატი). რეაქცია ხდება სუქცინატდეჰიდროგენაზას შუამავლობით. ფუმარატი, წყლის მოლეკულის დამატების შემდეგ, ადვილად გარდაიქმნება ვაშლის მჟავად (მალატად). რეაქციაში მონაწილეობს ფუმარატ ჰიდროტაზა.

ვაშლის მჟავა, იჟანგება, გარდაიქმნება PAA-ში NAD + - სპეციფიკური მალატდეჰიდროგენაზას მონაწილეობით.

შეგახსენებთ, რომ PAA არის კრებსის ციკლის საბოლოო პროდუქტი - ის ასევე წარმოიქმნება C 4 მცენარეების ფოტოსინთეზის დროს (Hatch-Sleck ციკლი) PEP-ის კარბოქსილირების დროს სინათლისა და სიბნელეში CAM ტიპის მცენარეებში.

ამრიგად, კრებსის ციკლი მთავრდება და შეიძლება თავიდან დაიწყოს. ერთი პირობაა ახალი აცეტილ-CoA მოლეკულების მიწოდება.

კრებსის ციკლის მთავარი მნიშვნელობა არის ენერგიის შენახვა, რომელიც გამოიყოფა პირუვატის განადგურების შედეგად, ატფ-ის მაკროერგიულ ობლიგაციებში. ATP-ს უჯრედის მიწოდებით, კრებსის ციკლი შეიძლება იყოს სხვა პროცესების რეგულატორი, რომლებიც საჭიროებენ ენერგიას, როგორიცაა წყლისა და მარილების ტრანსპორტირება, ორგანული ნივთიერებების სინთეზი და ტრანსპორტირება. რაც უფრო სწრაფად ხდება ნივთიერებების ტრანსფორმაცია ციკლში, რაც უფრო მეტი ATP შეიძლება სინთეზირებული იყოს, მით უფრო სწრაფად წავა ეს პროცესები.

ციკლში წარმოქმნილი შუალედური ნივთიერებები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ცილების, ცხიმების, ნახშირწყლების სინთეზისთვის. მაგალითად, აცეტილ-CoA არის აუცილებელი პროდუქტი ცხიმოვანი მჟავების სინთეზისთვის, კეტოგლუტარატი შეიძლება გარდაიქმნას გლუტამინის მჟავად რედუქციური ამინაციის შედეგად, ხოლო ფუმარატი ან PAA შეიძლება გარდაიქმნას ასპარტინის მჟავად.

ამრიგად, კრებსის ციკლის საერთო შედეგი მცირდება იმ ფაქტამდე, რომ თითოეული აცეტილის ჯგუფი (ორ ნახშირბადის ფრაგმენტი), რომელიც წარმოიქმნება პირუვატიდან (სამი ნახშირბადის ფრაგმენტი) იშლება CO 2-მდე. ამ პროცესის დროს, NAD +, FAD + აღდგება და ATP სინთეზირებულია.

დი- და ტრიკარბოქსილის მჟავების ციკლის რეგულირებისას მნიშვნელოვანია NADH-სა და NAD +-ს შორის თანაფარდობა, ისევე როგორც ატფ-ის კონცენტრაცია. ATP-ისა და NADH-ის მაღალი შემცველობა აფერხებს კრებსის ციკლის ისეთი ფერმენტების აქტივობას, როგორიცაა პირუვატდეჰიდროგენაზა, ციტრატ სინთეზა, იზოციტრატდეჰიდროგენაზა, მალატდეჰიდროგენაზა. ოქსალოაცეტატის კონცენტრაციის მატება თრგუნავს ფერმენტებს, რომელთა აქტივობაც მის სინთეზთან არის დაკავშირებული - სუქცინატდეჰიდროგენაზა და მალატდეჰიდროგენაზა. 2-ჰიდროქსიგლუტარის მჟავას დაჟანგვას აჩქარებს ადენილატები, ხოლო სუქცინატის დაჟანგვას ATP, ADP და უბიქინონი. კრებსის ციკლში არის რიგი სხვა რეგულირების პუნქტები.

გლიოქსილატის გზა

ცხიმებით მდიდარი თესლის აღმოცენებასთან ერთად კრებსის ციკლის მიმდინარეობა ოდნავ იცვლება. კრებსის ამგვარ ციკლს, რომელშიც გლიოქსილის მჟავა მონაწილეობს, გლიოქსილატის ციკლი ეწოდება (ნახ. 3.3).

გარდაქმნების პირველი ეტაპები იზოციტრატის (იზოციტრიუმის მჟავას) წარმოქმნამდე კრებსის ციკლის მსგავსია. შემდეგ იცვლება რეაქციების მიმდინარეობა. იზოციტრატი, იზოციტრატ ლიაზას მონაწილეობით, იყოფა სუქცინის და გლიოქსილის მჟავებად:

სუქცინატი (საქცინის მჟავა) ტოვებს ციკლს და გლიოქსილატი უკავშირდება აცეტილ-CoA-ს და წარმოიქმნება მალატი. რეაქცია კატალიზებულია მალატ სინთაზას მიერ. მალატი იჟანგება PI-მდე და ციკლი მთავრდება. გარდა ორი ფერმენტისა - იზოციტრატაზასა (იზოციტრატ ლიზაზა) და მალატ სინთაზას, ყველა დანარჩენი იგივეა, რაც კრებსის ციკლში. როდესაც მალატი იჟანგება, NAD + მოლეკულა აღდგება. აცეტილ-CoA-ს წყარო ამ ციკლისთვის არის ცხიმოვანი მჟავები, რომლებიც წარმოიქმნება ცხიმების განადგურების დროს. მთლიანი ციკლის განტოლება შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

2CH 3 CO-S-CoA + 2H 2 O + OVER + →

2HS-CoA + COOH-CH 2 -CH 2 -COOH + NADH + H +

გლიოქსილატის ციკლი ხდება სპეციალურ ორგანელებში - გლიოქსიზომებში.

რა მნიშვნელობა აქვს ამ ციკლს? შემცირებული NADH შეიძლება დაჟანგდეს სამი ATP მოლეკულის შესაქმნელად. სუქცინატი (საქცინის მჟავა) ტოვებს გლიოქსიზომას და შედის მიტოქონდრიაში, სადაც შედის კრებსის ციკლში. აქ ის გარდაიქმნება PIE-ად, შემდეგ პირუვატად, ფოსფოენოლპირუვატად და შემდგომ შაქარად.

ამრიგად, გლიოქსილატის ციკლის დახმარებით, ცხიმები შეიძლება გარდაიქმნას ნახშირწყლებად. ეს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია თესლის გაღივების დროს, ვინაიდან შაქრის ტრანსპორტირება შესაძლებელია მცენარის ერთი ნაწილიდან მეორეში, ცხიმები კი არა. გლიოქსილატი შეიძლება გახდეს მასალა პორფირინების სინთეზისთვის და ეს ნიშნავს ქლოროფილს.

ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი (კრების ციკლი)

გლიკოლიზი გარდაქმნის გლუკოზას პირუვატად და წარმოქმნის ორ ATP მოლეკულას გლუკოზის მოლეკულისგან - ეს არის ამ მოლეკულის პოტენციური ენერგიის მცირე ნაწილი.

აერობულ პირობებში პირუვატი გლიკოლიზიდან გარდაიქმნება აცეტილ-CoA-ში და იჟანგება CO2-მდე ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში (ლიმონმჟავას ციკლი). ამ შემთხვევაში, ამ ციკლის რეაქციებში გამოთავისუფლებული ელექტრონები გადიან NADH და FADH 2-დან 0 2-მდე - საბოლოო მიმღებს. ელექტრონული ტრანსპორტი ასოცირდება მიტოქონდრიული მემბრანის პროტონული გრადიენტის შექმნასთან, რომლის ენერგია შემდეგ გამოიყენება ატფ-ის სინთეზისთვის ოქსიდაციური ფოსფორილირების შედეგად. მოდით შევხედოთ ამ რეაქციებს.

აერობულ პირობებში პირუვიკ მჟავა (სტადია 1) განიცდის ჟანგვითი დეკარბოქსილირებას, რაც უფრო ეფექტურია ვიდრე ტრანსფორმაცია რძემჟავად, აცეტილ-CoA-ს წარმოქმნით (სტადია 2), რომელიც შეიძლება დაიჟანგოს გლუკოზის დაშლის საბოლოო პროდუქტებამდე - CO 2. და H 2 0 (მე-3 ეტაპი). გ.კრებსი (1900-1981), გერმანელი ბიოქიმიკოსი, რომელმაც შეისწავლა ცალკეული ორგანული მჟავების დაჟანგვა, გააერთიანა მათი რეაქციები ერთ ციკლში. ამიტომ, ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლს მის პატივსაცემად ხშირად კრებსის ციკლს უწოდებენ.

პირუვიკ მჟავას დაჟანგვა აცეტილ-CoA-მდე ხდება მიტოქონდრიაში სამი ფერმენტის (პირუვატდეჰიდროგენაზა, ლიპოამიდდეჰიდროგენაზა, ლიპოილაცეტილტრანსფერაზა) და ხუთი კოენზიმის (NAD, FAD, თიამინის პიროფოსფატი, ლიპოინის მჟავას ამიდი, კოენი) მონაწილეობით. ეს ოთხი კოენზიმი შეიცავს B ვიტამინებს (B x, B 2, B 3, B 5), რაც მიუთითებს ამ ვიტამინების საჭიროებაზე ნახშირწყლების ნორმალური დაჟანგვისთვის. ამ რთული ფერმენტული სისტემის გავლენით, პირუვატი ჟანგვითი დეკარბოქსილირების რეაქციაში გარდაიქმნება ძმარმჟავას აქტიურ ფორმაში - აცეტილ კოენზიმ A:

ფიზიოლოგიურ პირობებში, პირუვატდეჰიდროგენაზა არის ექსკლუზიურად შეუქცევადი ფერმენტი, რომელიც ხსნის ცხიმოვანი მჟავების ნახშირწყლებად გადაქცევის შეუძლებლობას.

აცეტილ-CoA მოლეკულაში მაკროერგიული ბმის არსებობა მიუთითებს ამ ნაერთის მაღალ რეაქტიულობაზე. კერძოდ, აცეტილ-CoA-ს შეუძლია იმოქმედოს მიტოქონდრიებში ენერგიის გამომუშავებისთვის; ღვიძლში აცეტილ-CoA ჭარბი გამოიყენება კეტონის სხეულების სინთეზისთვის; ციტოზოლში ის ჩართულია რთული მოლეკულების სინთეზში, როგორიცაა სტერიდები და ცხიმოვანი მჟავები. .

პირუვიკ მჟავას ოქსიდაციური დეკარბოქსილირების რეაქციაში მიღებული აცეტილ-CoA შედის ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში (კრებსის ციკლი). კრებსის ციკლი - საბოლოო კატაბოლური გზა ნახშირწყლების, ცხიმების, ამინომჟავების დაჟანგვისთვის, არსებითად არის "მეტაბოლური ქვაბი". კრებსის ციკლის რეაქციებს, რომლებიც მიმდინარეობს ექსკლუზიურად მიტოქონდრიაში, ასევე უწოდებენ ლიმონმჟავას ციკლს ან ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლს (TCA).

ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქციაა შემცირებული კოენზიმების წარმოქმნა (3 მოლეკულა NADH + H + და 1 მოლეკულა FADH 2), რასაც მოჰყვება წყალბადის ატომების ან მათი ელექტრონების გადატანა საბოლოო მიმღებში, მოლეკულურ ჟანგბადში. ამ ტრანსპორტს თან ახლავს თავისუფალი ენერგიის დიდი შემცირება, რომლის ნაწილი გამოიყენება ჟანგვითი ფოსფორილირების პროცესში ატფ-ის სახით შესანახად. გასაგებია, რომ ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი აერობულია, ჟანგბადზე დამოკიდებული.

1. ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის საწყისი რეაქცია არის აცეტილ-CoA-ს და ოქსალოძმარმჟავას კონდენსაცია მიტოქონდრიული მატრიქსის ციტრატ სინთაზას ფერმენტის მონაწილეობით ლიმონმჟავას წარმოქმნით.

2. ფერმენტ აკონიტაზას ზემოქმედებით, რომელიც კატალიზებს წყლის მოლეკულის ციტრატიდან მოცილებას, ეს უკანასკნელი გარდაიქმნება.

ცის-აკონინის მჟავამდე. წყალი ერწყმის ცის-აკონინის მჟავას, იქცევა იზოციტრიკულ მჟავად.

3. შემდეგ ფერმენტი იზოციტრატ დეჰიდროგენაზა კატალიზებს ლიმონმჟავას ციკლის პირველ დეჰიდროგენაზას რეაქციას, როდესაც იზოციტრიკული მჟავა გარდაიქმნება α-კეტოგლუტარის მჟავად ოქსიდაციური დეკარბოქსილირების რეაქციებში:

ამ რეაქციაში წარმოიქმნება CO 2-ის პირველი მოლეკულა და NADH 4- H + ციკლის პირველი მოლეკულა.

4. α-კეტოგლუტარის მჟავის შემდგომი გარდაქმნა სუქცინილ-CoA-ად კატალიზდება α-კეტოგლუტარულ დეჰიდროგენაზას მულტიფერმენტული კომპლექსით. ეს რეაქცია ქიმიურად ანალოგიურია პირუვატდეჰიდროგენაზას რეაქციასთან. მასში შედის ლიპოის მჟავა, თიამინის პიროფოსფატი, HS-KoA, NAD +, FAD.

ამ რეაქციის შედეგად კვლავ წარმოიქმნება NADH + H + და CO 2 მოლეკულა.

5. სუქცინილ-CoA მოლეკულას აქვს მაკროერგიული ბმა, რომლის ენერგია ინახება მომდევნო რეაქციაში GTP-ის სახით. ფერმენტ სუქცინილ-CoA სინთეტაზას გავლენით სუქცინილ-CoA გარდაიქმნება თავისუფალ სუქცინის მჟავად. გაითვალისწინეთ, რომ სუქცინის მჟავა ასევე შეიძლება მიღებულ იქნას მეთილმალონილ-CoA-დან ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვით ნახშირბადის ატომების უცნაური რაოდენობით.

ეს რეაქცია არის სუბსტრატის ფოსფორილირების მაგალითი, ვინაიდან მაღალი ენერგიის GTP მოლეკულა ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ელექტრონისა და ჟანგბადის სატრანსპორტო ჯაჭვის მონაწილეობის გარეშე.

6. სუქცინის მჟავა იჟანგება ფუმარინის მჟავად სუქცინატდეჰიდროგენაზას რეაქციაში. სუქცინატდეჰიდროგენაზა, ტიპიური რკინის გოგირდის შემცველი ფერმენტი, რომლის კოენზიმი არის FAD. სუქცინატდეჰიდროგენაზა არის ერთადერთი ფერმენტი, რომელიც ფიქსირდება შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე, ხოლო ყველა სხვა ციკლის ფერმენტი განლაგებულია მიტოქონდრიულ მატრიქსში.

7. ამას მოჰყვება ფუმარინის მჟავას დატენიანება ვაშლის მჟავამდე ფუმარაზას ფერმენტის გავლენით შექცევად რეაქციაში ფიზიოლოგიურ პირობებში:

8. ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის საბოლოო რეაქცია არის მალატდეჰიდროგენაზას რეაქცია, რომელიც მოიცავს მიტოქონდრიული NAD~-დამოკიდებული მალატდეჰიდროგენაზას აქტიურ ფერმენტს, რომელშიც წარმოიქმნება შემცირებული NADH + H + მესამე მოლეკულა:

ოქსალოაცეტატის (ოქსალოაცეტატის) წარმოქმნით სრულდება ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის ერთი შემობრუნება. ოქსალოძმარმჟავა შეიძლება გამოყენებულ იქნას აცეტილ-CoA-ს მეორე მოლეკულის დაჟანგვაში და რეაქციების ეს ციკლი შეიძლება მრავალჯერ განმეორდეს, რაც მუდმივად იწვევს ოქსალოძმარმჟავას წარმოქმნას.

ამრიგად, აცეტილ-CoA-ს ერთი მოლეკულის დაჟანგვა, როგორც ციკლური სუბსტრატი TCA ციკლში, იწვევს ერთი GTP მოლეკულის, სამი NADP + H + მოლეკულის და ერთი FADH 2 მოლეკულის წარმოებას. ამ შემცირების აგენტების დაჟანგვა ბიოლოგიურ ჟანგვის ჯაჭვში

იონი იწვევს 12 ATP მოლეკულის სინთეზს. ეს გაანგარიშება ნათელია თემიდან "ბიოლოგიური დაჟანგვა": ერთი NAD + მოლეკულის ჩართვას ელექტრონის ტრანსპორტირების სისტემაში საბოლოოდ თან ახლავს 3 ATP მოლეკულის წარმოქმნა, FADH 2 მოლეკულის ჩართვა უზრუნველყოფს 2 ATP მოლეკულის ფორმირებას. და ერთი GTP მოლეკულა უდრის 1 ATP მოლეკულას.

გაითვალისწინეთ, რომ ადეტილ-CoA-ს ორი ნახშირბადის ატომი შედის ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში და ნახშირბადის ორი ატომი ტოვებს ციკლს CO 2-ის სახით დეკარბოქსილირების რეაქციებში, რომლებიც კატალიზებულია იზოციტრატ დეჰიდროგენაზასა და ალფა-კეტოგლუტარატ დეჰიდროგენაზას მიერ.

გლუკოზის მოლეკულის სრული დაჟანგვით აერობულ პირობებში CO 2 და H 2 0-მდე, ენერგიის წარმოქმნა ATP-ის სახით არის:

• 4 ATP მოლეკულა გლუკოზის მოლეკულის პირუვიკ მჟავას 2 მოლეკულად გადაქცევისას (გლიკოლიზი);
• 6 ATP მოლეკულა წარმოიქმნება 3-ფოსფოგლიცერალდეჰიდდეჰიდროგენაზას რეაქციაში (გლიკოლიზი);
• 30 ATP მოლეკულა წარმოიქმნება პირუვატ-დეჰიდროგენაზას რეაქციაში ორი პირუვი მჟავას მოლეკულის დაჟანგვის დროს და ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში ორი აცეტილ-CoA მოლეკულის შემდგომ გარდაქმნაში CO 2 და H 2 0-მდე. ამრიგად, გლუკოზის მოლეკულის სრული დაჟანგვის დროს მთლიანი ენერგიის გამომუშავება შეიძლება იყოს 40 ATP მოლეკულა. თუმცა გასათვალისწინებელია, რომ გლუკოზის დაჟანგვის დროს გლუკოზის გლუკოზა-6-ფოსფატად გადაქცევის ეტაპზე და ფრუქტოზა-6-ფოსფატის ფრუქტოზა-1,6-დიფოსფატად გადაქცევის ეტაპზე ორი ATP მოლეკულა იყო. მოხმარებული. მაშასადამე, გლუკოზის მოლეკულის დაჟანგვის დროს ენერგიის „წმინდა“ გამომავალი არის 38 ATP მოლეკულა.

თქვენ შეგიძლიათ შეადაროთ ანაერობული გლიკოლიზის და აერობული გლუკოზის კატაბოლიზმის ენერგია. 688 კკალ ენერგიადან, რომელიც თეორიულად შეიცავს გლუკოზის 1 გრამ მოლეკულას (180 გ), 20 კკალ არის ანაერობული გლიკოლიზის რეაქციების შედეგად წარმოქმნილ ორ ATP მოლეკულაში, ხოლო 628 კკალ თეორიულად რჩება რძემჟავას სახით.

აერობულ პირობებში 38 ატფ მოლეკულაში 688 კკალ გლუკოზის გრამ-მოლეკულიდან მიიღეს 380 კკალ. ამრიგად, აერობულ პირობებში გლუკოზის გამოყენების ეფექტურობა დაახლოებით 19-ჯერ მეტია, ვიდრე ანაერობული გლიკოლიზის დროს.

უნდა აღინიშნოს, რომ ყველა დაჟანგვის რეაქცია (ტრიოზაფოსფატის დაჟანგვა, პირუვიკ მჟავა, ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის ოთხი დაჟანგვის რეაქცია) კონკურენციას უწევს ATP-ს სინთეზს ADP-დან და Phneor-დან (პასტერის ეფექტი). ეს ნიშნავს, რომ დაჟანგვის რეაქციებში მიღებულ NADH + H + მოლეკულას აქვს არჩევანი რესპირატორული სისტემის რეაქციებს შორის, რომელიც წყალბადს გადასცემს ჟანგბადს და LDH ფერმენტს, რომელიც წყალბადს გადასცემს პირუვინის მჟავას.

ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის ადრეულ ეტაპებზე, მის მჟავებს შეუძლიათ დატოვონ ციკლი სხვა უჯრედული ნაერთების სინთეზში მონაწილეობის მისაღებად, თავად ციკლის ფუნქციონირების დარღვევის გარეშე. ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის აქტივობის რეგულირებაში ჩართულია სხვადასხვა ფაქტორი. მათ შორის, უპირველეს ყოვლისა, უნდა აღინიშნოს აცეტილ-CoA მოლეკულების მიღება, პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსის აქტივობა, რესპირატორული ჯაჭვის კომპონენტების აქტივობა და მასთან დაკავშირებული ოქსიდაციური ფოსფორილირება, აგრეთვე ოქსალოაცეტატის დონე. მჟავა.

მოლეკულური ჟანგბადი უშუალოდ არ მონაწილეობს ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში, თუმცა, მისი რეაქციები ხორციელდება მხოლოდ აერობულ პირობებში, რადგან NAD ~ და FAD შეიძლება რეგენერირებული იყოს მიტოქონდრიაში მხოლოდ მაშინ, როდესაც ელექტრონები გადაეცემა მოლეკულურ ჟანგბადს. ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ გლიკოლიზი, ტრიკარბოქსილის მჟავების ციკლისგან განსხვავებით, ასევე შესაძლებელია ანაერობულ პირობებში, რადგან NAD ~ რეგენერირებულია, როდესაც პირუვინის მჟავა გადადის რძემჟავაში.

ატფ-ის წარმოქმნის გარდა, ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლს აქვს კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მნიშვნელობა: ციკლი უზრუნველყოფს შუამავალ სტრუქტურებს სხეულის სხვადასხვა ბიოსინთეზისთვის. მაგალითად, პორფირინის ატომების უმეტესობა წარმოიქმნება სუქცინილ-CoA-დან, ბევრი ამინომჟავა არის α-კეტო-გლუტარის და ოქსალო ძმარმჟავების წარმოებულები, ხოლო ფუმარინის მჟავა წარმოიქმნება შარდოვანას სინთეზის დროს. ეს გამოხატავს ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის მთლიანობას ნახშირწყლების, ცხიმებისა და ცილების მეტაბოლიზმში.

როგორც გლიკოლიზის რეაქციებიდან ჩანს, უჯრედების უმეტესობის უნარი ენერგიის გამომუშავების მდგომარეობს მათ მიტოქონდრიაში. სხვადასხვა ქსოვილებში მიტოქონდრიების რაოდენობა დაკავშირებულია ქსოვილების ფიზიოლოგიურ ფუნქციებთან და ასახავს მათ უნარს, მონაწილეობა მიიღონ აერობულ პირობებში. მაგალითად, სისხლის წითელ უჯრედებს არ აქვთ მიტოქონდრია და, შესაბამისად, არ გააჩნიათ ენერგიის გამომუშავების უნარი ჟანგბადის გამოყენებით, როგორც ელექტრონის საბოლოო მიმღები. თუმცა, გულის კუნთში, რომელიც ფუნქციონირებს აერობულ პირობებში, უჯრედის ციტოპლაზმის მოცულობის ნახევარი წარმოდგენილია მიტოქონდრიებით. ღვიძლი ასევე დამოკიდებულია აერობულ პირობებზე მისი სხვადასხვა ფუნქციებისთვის და ძუძუმწოვრების ჰეპატოციტები შეიცავს 2000-მდე მიტოქონდრიას უჯრედში.

მიტოქონდრია მოიცავს ორ მემბრანას - გარე და შიდა. გარე მემბრანა უფრო მარტივია, შედგება 50% ცხიმისა და 50% ცილისგან და აქვს შედარებით მცირე ფუნქციები. შიდა მემბრანა სტრუქტურულად და ფუნქციურად უფრო რთულია. მისი მოცულობის დაახლოებით 80% არის ცილები. ის შეიცავს ელექტრონების ტრანსპორტირებასა და ოქსიდაციურ ფოსფორილირებაში ჩართულ ფერმენტებს, მეტაბოლურ შუამავლებს და ადენინის ნუკლეოტიდებს ციტოზოლსა და მიტოქონდრიულ მატრიქსს შორის.

რედოქს რეაქციებში ჩართული სხვადასხვა ნუკლეოტიდები, როგორიცაა NAD +, NADH, NADP +, FAD და FADH 2, არ შეაღწევენ შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში. აცეტილ-CoA ვერ გადაადგილდება მიტოქონდრიული განყოფილებიდან ციტოზოლში, სადაც ის საჭიროა ცხიმოვანი მჟავების ან სტეროლების სინთეზისთვის. ამრიგად, ინტრამიტოქონდრიული აცეტილ-CoA გარდაიქმნება ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის ციტრატ-სინთეზის რეაქციაში და ციტოზოლში შედის ამ ფორმით.

ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი პირველად აღმოაჩინა ინგლისელმა ბიოქიმიკოსმა გ.კრებსმა.

მან პირველმა გამოაცხადა ამ ციკლის მნიშვნელობა პირუვატის სრული წვისთვის, რომლის მთავარი წყარო ნახშირწყლების გლიკოლიზური გარდაქმნაა. შემდგომში დადასტურდა, რომ ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი არის ცენტრი, რომელშიც თითქმის ყველა მეტაბოლური გზა იყრის თავს. ამრიგად, კრებსის ციკლი არის საერთო საბოლოო გზა აცეტილის ჯგუფების დაჟანგვისთვის (აცეტილ-CoA-ს სახით), რომელშიც კატაბოლიზმის დროს გარდაიქმნება ორგანული მოლეკულების უმეტესობა, რომლებიც ასრულებენ "ფიჭური საწვავის" როლს: ნახშირწყლები, ცხიმები. მჟავები და ამინომჟავები.

აცეტილ-CoA, რომელიც წარმოიქმნება პირუვატის ოქსიდაციური დეკარბოქსილირების შედეგად მიტოქონდრიაში, შედის კრებსის ციკლში. ეს ციკლი ხდება მიტოქონდრიულ მატრიქსში და შედგება რვა თანმიმდევრული რეაქციისგან. ციკლი იწყება აცეტილ-CoA-ს ოქსალოაცეტატთან კონდენსაციისა და ლიმონმჟავას (ციტრატის) წარმოქმნით. შემდეგ ლიმონის მჟავა (ექვსნახშირბადოვანი ნაერთი), დეჰიდროგენაციების (წყალბადის აბსტრაქცია) და ორი დეკარბოქსილირების (CO 2-ის ელიმინაცია) სერიის შედეგად კარგავს ნახშირბადის ორ ატომს და კვლავ გადაიქცევა ოქსალოაცეტატად (ოთხნახშირბადის ნაერთი) კრებში. ციკლი, ე.ი. ციკლის სრული შემობრუნების შედეგად, აცეტილ-CoA-ს ერთი მოლეკულა იწვის CO 2 და H 2 O, ხოლო ოქსალოაცეტატის მოლეკულა რეგენერირებულია. განვიხილოთ კრებსის ციკლის რვა თანმიმდევრული რეაქცია (ეტაპი).

პირველი რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ ციტრატ სინთაზას მიერ; ამ შემთხვევაში, აცეტილ-CoA-ს აცეტილ ჯგუფი კონდენსირდება ოქსალოაცეტატთან, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ლიმონმჟავა:

როგორც ჩანს, ამ რეაქციაში ციტრილ-CoA, რომელიც დაკავშირებულია ფერმენტთან, წარმოიქმნება შუალედური პროდუქტის სახით, რომელიც შემდეგ სპონტანურად და შეუქცევად ჰიდროლიზდება ციტრატის და HS-CoA-ს წარმოქმნით.

მეორე რეაქციის შედეგად წარმოქმნილი ლიმონმჟავა განიცდის დეჰიდრატაციას ცის წარმოქმნით - აკონიტური მჟავა, რომელიც წყლის მოლეკულის მიმაგრებით გადადის იზოციტრიკულ მჟავაში (იზოციტრატში). ეს შექცევადი ჰიდრატაცია-დეჰიდრატაციის რეაქციები კატალიზებულია ფერმენტ აკონიტატ ჰიდრატაზას (აკონიტაზი) მიერ. შედეგად, H და OH მოძრაობენ ციტრატის მოლეკულაში:

მესამე რეაქცია, როგორც ჩანს, ზღუდავს კრებსის ციკლის სიჩქარეს. იზოციტრიული მჟავა დეჰიდროგენირებულია NAD-დამოკიდებული იზო-ციტრატდეჰიდროგენაზას თანდასწრებით.

იზოციტრატდეჰიდროგენაზას რეაქციის დროს იზოციტრიუმის მჟავა ერთდროულად დეკარბოქსილირდება. NAD + დამოკიდებული იზოციტრატ დეჰიდროგენაზა არის ალოსტერიული ფერმენტი, რომელიც მოითხოვს ADP-ს, როგორც სპეციფიკურ აქტივატორს. გარდა ამისა, ფერმენტს სჭირდება Mg 2+ ან Mn 2+ იონები თავისი აქტივობის გამოსავლენად.

მეოთხე რეაქციის დროს, α-კეტოგლუტარის მჟავას ოქსიდაციური დეკარბოქსილაცია ხდება მაღალი ენერგიის სუქცინილ-CoA ნაერთის წარმოქმნით. ამ რეაქციის მექანიზმი მსგავსია პირუვატის ოქსიდაციური დეკარბოქსილირებისა აცეტილ-CoA-მდე; α-კეტოგლუტარატ დეჰიდროგენაზას კომპლექსი თავისი სტრუქტურით წააგავს პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსს. ორივე შემთხვევაში რეაქციაში მონაწილეობს 5 კოენზიმი: TPP, ლიპოის მჟავას ამიდი, HS-CoA, FAD და NAD +.

მეხუთე რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ სუქცინილ-CoA სინთეტაზას მიერ. ამ რეაქციის დროს სუქცინილ-CoA, GTP-ისა და არაორგანული ფოსფატის მონაწილეობით, გარდაიქმნება სუქცინის მჟავად (სუკცინატად). ამავდროულად, მაღალი ენერგიის GTP ფოსფატის ბმის ფორმირება ხდება სუქცინილ-CoA-ს მაღალი ენერგიის თიოეთერის ბმის გამო:

მეექვსე რეაქციის შედეგად სუქცინატი დეჰიდროგენირებულია ფუმარინის მჟავად. სუქცინატის დაჟანგვა კატალიზებულია სუქცინატდეჰიდროგენაზას მიერ, რომლის მოლეკულაში FAD კოენზიმი მყარად (კოვალენტურად) არის დაკავშირებული ცილასთან. თავის მხრივ, სუქცინატდეჰიდროგენაზა მტკიცედ არის დაკავშირებული შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანასთან:

მეშვიდე რეაქცია ტარდება ფერმენტის ფუმარატ ჰიდრაზას (ფუმარაზა) გავლენით. შედეგად მიღებული ფუმარინის მჟავა ჰიდრატირებულია, რეაქციის პროდუქტია ვაშლის მჟავა (მალატი). უნდა აღინიშნოს, რომ ფუმარატ ჰიდრატაზა სტერეოსპეციფიკურია; რეაქციის დროს წარმოიქმნება L- ვაშლის მჟავა:

საბოლოოდ, ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის მერვე რეაქციის დროს, მიტოქონდრიული NAD-დამოკიდებული მალატდეჰიდროგენაზას გავლენის ქვეშ, L-მალატი იჟანგება ოქსალოაცეტატად:

როგორც ხედავთ, რვა ფერმენტული რეაქციისგან შემდგარი ციკლის ერთ შემობრუნებაში ხდება ერთი აცეტილ-CoA მოლეკულის სრული დაჟანგვა („წვა“). ციკლის უწყვეტი მუშაობისთვის საჭიროა სისტემაში აცეტილ-CoA-ს მუდმივი მიწოდება, ხოლო შემცირებულ მდგომარეობაში გადასული კოენზიმები (NAD + და FAD) ისევ და ისევ უნდა დაიჟანგოს. ეს დაჟანგვა ხორციელდება მიტოქონდრიულ მემბრანაში ლოკალიზებულ სასუნთქ ჯაჭვში (რესპირატორული ფერმენტების ჯაჭვში) ელექტრონის გადამტან სისტემაში. შედეგად მიღებული FADH 2 მტკიცედ არის დაკავშირებული სუქცინატდეჰიდროგენაზასთან, ამიტომ იგი გადასცემს წყალბადის ატომებს CoQ-ს მეშვეობით.

აცეტილ-CoA ჟანგვის შედეგად გამოთავისუფლებული ენერგია დიდწილად კონცენტრირებულია ATP-ის მაღალენერგეტიკული ფოსფატის ობლიგაციებში. წყალბადის ოთხი წყვილი ატომიდან სამი წყვილი ატარებს NADH-ს ელექტრონების ტრანსპორტირების სისტემაში; ამ შემთხვევაში, ბიოლოგიური დაჟანგვის სისტემაში თითოეული წყვილისთვის წარმოიქმნება სამი ATP მოლეკულა (კონიუგირებული ჟანგვითი ფოსფორილირების პროცესში) და, შესაბამისად, სულ ცხრა ATP მოლეკულა. სუქცინატდეჰიდროგენაზა-FADH 2-დან ერთი წყვილი ატომები შედის ელექტრონების ტრანსპორტირების სისტემაში CoQ-ის მეშვეობით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება მხოლოდ ორი ATP მოლეკულა. კრებსის ციკლის დროს ასევე სინთეზირდება ერთი GTP მოლეკულა (სუბსტრატის ფოსფორილირება), რომელიც ტოლია ერთი ATP მოლეკულის. ასე რომ, როდესაც აცეტილ-CoA-ს ერთი მოლეკულა იჟანგება კრებსის ციკლში და ჟანგვითი ფოსფორილირების სისტემაში, შეიძლება წარმოიქმნას თორმეტი ATP მოლეკულა.

როგორც აღინიშნა, ერთი NADH მოლეკულა (სამი ATP მოლეკულა) წარმოიქმნება პირუვატის ოქსიდაციური დეკარბოქსილირებით აცეტილ-CoA-მდე. როდესაც ერთი გლუკოზის მოლეკულა იშლება, წარმოიქმნება პირუვატის ორი მოლეკულა და როდესაც ისინი იჟანგება ორ აცეტილ-CoA მოლეკულად და ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის ორი ბრუნვის დროს, სინთეზირდება ოცდაათი ATP მოლეკულა (აქედან გამომდინარე, პირუვატის მოლეკულის დაჟანგვა 2 და H 2 O იძლევა თხუთმეტ ATP მოლეკულას). ამ რაოდენობას უნდა დაემატოს ორი ATP მოლეკულა, რომელიც წარმოიქმნება აერობული გლიკოლიზის დროს და ექვსი ATP მოლეკულა, რომელიც სინთეზირებულია ორი ექსტრამიტოქონდრიული NADH მოლეკულის დაჟანგვის გამო, რომლებიც წარმოიქმნება გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატის ორი მოლეკულის დაჟანგვის დროს დეჰიდროგენაზას რეაქციაში. . ამიტომ, როდესაც გლუკოზის ერთი მოლეკულა იშლება ქსოვილებში განტოლების მიხედვით C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O, სინთეზირდება ოცდათვრამეტი ATP მოლეკულა. უდავოა, რომ ენერგეტიკული თვალსაზრისით, გლუკოზის სრული დაშლა უფრო ეფექტური პროცესია, ვიდრე ანაერობული გლიკოლიზი.

უნდა აღინიშნოს, რომ ორი NADH მოლეკულა, რომელიც წარმოიქმნება გლიცერალდეჰიდ-3-ფოსფატის გარდაქმნის დროს, მოგვიანებით, დაჟანგვის შემდეგ, შეიძლება მისცეს არა ექვსი ATP მოლეკულა, არამედ მხოლოდ ოთხი. ფაქტია, რომ ექსტრამიტოქონდრიული NADH მოლეკულები თავად ვერ ახერხებენ მემბრანის მეშვეობით მიტოქონდრიაში შეღწევას. თუმცა, მათ მიერ გაცემული ელექტრონები შეიძლება შევიდეს ბიოლოგიური დაჟანგვის მიტოქონდრიულ ჯაჭვში ეგრეთ წოდებული გლიცეროლის ფოსფატის შატლის მექანიზმის გამოყენებით. ციტოპლაზმური NADH პირველად რეაგირებს ციტოპლაზმურ დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატთან გლიცეროლ-3-ფოსფატის წარმოქმნით. რეაქცია კატალიზებულია NADH-დამოკიდებული ციტოპლაზმური გლიცეროლ-3-ფოსფატ დეჰიდროგენაზას მიერ:

დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატი + NADH + H + ↔ გლიცეროლი-3-ფოსფატი + NAD +.

მიღებული გლიცეროლი-3-ფოსფატი ადვილად აღწევს მიტოქონდრიულ მემბრანაში. მიტოქონდრიის შიგნით, სხვა (მიტოქონდრიული) გლიცეროლ-3-ფოსფატდეჰიდროგენაზა (ფლავინის ფერმენტი) ხელახლა აჟანგებს გლიცეროლ-3-ფოსფატს დიჰიდროქსიაცეტონ ფოსფატამდე.

ტრიკარბოქსილის მჟავის ციკლი (CTC) ან ლიმონმჟავას ციკლი ან კრებსის ციკლი არის დი- და ტრიკარბოქსილის მჟავების ჟანგვითი გარდაქმნების გზა, რომლებიც წარმოიქმნება როგორც შუალედური პროდუქტები ცილების, ცხიმების და ნახშირწყლების დაშლისა და სინთეზის დროს.

ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი იმყოფება ყველა ორგანიზმის უჯრედებში: მცენარეებში, ცხოველებში და მიკროორგანიზმებში.

ეს ციკლი არის მეტაბოლიზმის საფუძველი და ასრულებს ორ მნიშვნელოვან ფუნქციას:

ორგანიზმის ენერგიით მომარაგება;

ყველა ძირითადი მეტაბოლური ნაკადის ინტეგრაცია, როგორც კატაბოლური (ბიოდეგრადირება), ასევე ანაბოლური (ბიოსინთეზი).

შეგახსენებთ, რომ აერობული გლიკოლიზის რეაქციები ლოკალიზებულია უჯრედის ციტოპლაზმაში და იწვევს პირუვატის (PVC) წარმოქმნას.

შემდგომი გარდაქმნები პირუვატიადგილი აქვს მიტოქონდრიულ მატრიქსში.

მატრიცაში პირუვატი გარდაიქმნება აცეტილ-CoA- მაკროერგიული ნაერთი. რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ NAD-დამოკიდებული პირუვატ დეკარბოქსილაზას მიერ:

NADH∙H + შემცირებული ფორმა, რომელიც წარმოიქმნება ამ რეაქციის შედეგად, შედის რესპირატორულ ჯაჭვში და წარმოქმნის 6 ATP მოლეკულას (1 გლუკოზის მოლეკულის თვალსაზრისით).

CTC არის რვა რეაქციის თანმიმდევრობა, რომელიც ხდებამატრიცა მიტოქონდრია(ნახ. 1):

ბრინჯი. 1. ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის სქემა

1) შეუქცევადი კონდენსაციის რეაქცია აცეტილ-CoAთანა ოქსალოაცეტამჟავა (ოქსალოაცეტატი), რომელიც კატალიზებულია ფერმენტ ციტრატ სინთეტაზას მიერ, წარმოიქმნება ლიმონმჟავა (ციტრატი).

2) შექცევადი იზომერიზაციის რეაქცია ლიმონმჟავა (ციტრატი) ვ იზოციტრიუმის მჟავა (იზოციტრატი), რომლის დროსაც ხდება ჰიდროქსი ჯგუფის გადატანა სხვა ნახშირბადის ატომში, კატალიზდება ფერმენტის მიერ აკონიტაზა.

რეაქცია მიმდინარეობს შუალედური პროდუქტის წარმოქმნით
ცის-აკანიტის მჟავა ( cis aconitate).

3) შეუქცევადი ჟანგვითი დეკარბოქსილირების რეაქცია იზოციტრიუმის მჟავა (იზოციტრატი): ჰიდროქსი ჯგუფი იზოციტრიუმის მჟავაიჟანგება კარბონილის ჯგუფში დაჟანგული ფორმით მეტი +და ამავე დროს კარბოქსილის ჯგუფი იშლება
β-პოზიციის ფორმირება α-კეტოგლუტარის მჟავა (α-კეტოგლუტარატი). ამ რეაქციის შუალედური პროდუქტი ოქსალოსუკცინის მჟავა (ოქსალოსუკცინატი).

ეს არის ციკლის პირველი რეაქცია, რომელშიც NAD + -კოენზიმის დაჟანგული ფორმა მცირდება NADH ∙ H + ფერმენტამდე.იზოციტრატ დეჰიდროგენაზა.

NADH∙H-ის შემცირებული ფორმა შედის რესპირატორულ ჯაჭვში, სადაც იჟანგება NAD+-მდე, რაც იწვევს 2 მოლეკულის წარმოქმნას. ATP.

4) შექცევადი ჟანგვითი დეკარბოქსილირების რეაქცია
α-კეტოგლუტარის მჟავამაკროერგიულ ნაერთამდე სუქცინილ-CoA. რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ 2-ოქსოგლუტარატ დეჰიდროგენაზას კომპლექსით.

5) რეაქცია არის სუბსტრატის ფოსფორილირების ერთადერთი რეაქცია ციკლში; კატალიზირებულია ფერმენტ სუქცინილ-CoA სინთეტაზას მიერ. ამ რეაქციაში მონაწილეობს სუქცინილ-CoA გუანოდინის დიფოსფატი (მშპ) და არაორგანული ფოსფატი (ჰ 3 PO 4 ) გარდაიქმნება სუქცინის მჟავა (სუქცინატი).

ამავდროულად, ხდება მაკროერგიული ნაერთის სინთეზი GTP ხარჯზემაკროერგიული კავშირი თიოეთერის ბონდისუქცინილ-CoA.

6) დეჰიდროგენაციის რეაქცია სუქცინის მჟავა (სუქცინატი) განათლებით ფუმარინის მჟავა(ფუმარატი).

რეაქციას აკატალიზებს კომპლექსური ფერმენტი სუქცინატ დეჰიდროგენაზა, რომლის მოლეკულაში კოენზიმი FAD + კოვალენტურადაა შეკრული და ფერმენტის ცილოვანი ნაწილი. რეაქციის შედეგად FAD + დაჟანგული ფორმა მცირდება FAD∙H 2-მდე.

FAD ∙ H 2-ის შემცირებული ფორმა შედის რესპირატორულ ჯაჭვში, სადაც ის რეგენერირებულია FAD + ჟანგვის ფორმამდე, რაც იწვევს ორი ATP მოლეკულის წარმოქმნას.

7) ჰიდრატაციის რეაქცია ფუმარინის მჟავა (ფუმარატი) ადრე ვაშლის მჟავა (მალატი). რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ ფუმარაზას მიერ.

8) დეჰიდროგენაციის რეაქცია ვაშლის მჟავაადრე ოქსილაციტური მჟავა (ოქსალოაცეტატი). რეაქცია კატალიზებულია ფერმენტ NAD+-დამოკიდებული მალატდეჰიდროგენაზას მიერ.

რეაქციის შედეგად, NAD-ის დაჟანგული ფორმა მცირდება NADH∙H + შემცირებულ ფორმამდე.

NADH∙H-ის შემცირებული ფორმა შედის რესპირატორულ ჯაჭვში, სადაც ის იჟანგება NAD +-მდე, რაც იწვევს 2 ATP მოლეკულის წარმოქმნას.

საერთო CTC განტოლება შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

აცეტილ-CoA + 3NAD + + FAD + + მშპ + H 3 PO 4 =

2 CO 2 + H 2 O + HS -CoA + 3NADH ∙ H + FAD ∙ H 2 + GTP

როგორც ჩანს CTC-ის ჯამური განტოლების სქემიდან ამ პროცესში, აღდგება შემდეგი:

სამი NADH∙H მოლეკულა (რეაქცია 3, 4, 8);

ერთი FAD∙H2 მოლეკულა (რეაქცია 6).

ამ მოლეკულების აერობული დაჟანგვის დროს ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვში ჟანგვითი ფოსფორილირების პროცესში წარმოიქმნება დაჟანგვის დროს:

NADH∙H-ის ერთი მოლეკულა - 3 მოლეკულა ATP;

მოკლე ისტორიული ინფორმაცია

ჩვენი საყვარელი ციკლი არის CTC, ანუ ტრიკარბოქსილის მჟავების ციკლი - სიცოცხლე დედამიწაზე და დედამიწის ქვეშ და დედამიწაზე... გაჩერდი, მაგრამ ზოგადად ეს არის ყველაზე საოცარი მექანიზმი - ის უნივერსალურია, ეს ხდება დაშლის დაჟანგვით. ნახშირწყლების, ცხიმების, ცილების პროდუქტები ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედებში, რის შედეგადაც ვიღებთ ენერგიას ჩვენი სხეულის აქტივობისთვის.

ეს პროცესი თავად ჰანს კრებსმა აღმოაჩინა, რისთვისაც ნობელის პრემია მიიღო!

დაიბადა გერმანიის ქალაქ ჰილდესჰაიმში 25 - 1900 აგვისტოს. მან მიიღო სამედიცინო განათლება ჰამბურგის უნივერსიტეტში, განაგრძო ბიოქიმიური კვლევა ოტო ვარბურგის ხელმძღვანელობით ბერლინში.

1930 წელს მან სტუდენტთან ერთად აღმოაჩინა ორგანიზმში ამიაკის განეიტრალების პროცესი, რომელიც იყო ცოცხალი სამყაროს ბევრ წარმომადგენელში, მათ შორის ადამიანებში. ეს ციკლი არის შარდოვანას ციკლი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც კრებსის ციკლი #1.

როდესაც ჰიტლერი მოვიდა ხელისუფლებაში, ჰანსი ემიგრაციაში წავიდა დიდ ბრიტანეთში, სადაც აგრძელებს მეცნიერების სწავლას კემბრიჯისა და შეფილდის უნივერსიტეტებში. უნგრელი ბიოქიმიკოსის ალბერტ სენტ-გიორგიის კვლევის შემუშავებით, იგი იღებს აზრს და აკეთებს ყველაზე ცნობილ კრებსის ციკლს No2, ანუ სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, "Szent-Györgyi-Krebs ციკლს" - 1937 წ.

კვლევის შედეგები იგზავნება ჟურნალ "Nature"-ს, რომელიც უარს ამბობს სტატიის გამოქვეყნებაზე. შემდეგ ტექსტი ჰოლანდიაში ჟურნალ „ენზიმოლოგიაში“ გადაფრინდება. კრებსს აქვს 1953 წლის ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში.

აღმოჩენა გასაოცარი იყო: 1935 წელს Szent-Györgyi-მ აღმოაჩინა, რომ სუქცინის, ოქსალოძმარვის, ფუმარინის და ვაშლის მჟავები (4 მჟავა ცხოველური უჯრედების ბუნებრივი ქიმიური კომპონენტია) აძლიერებს ჟანგვის პროცესს მტრედის გულმკერდის კუნთში. რომელიც გახეხილია.

სწორედ მასში მიმდინარეობს მეტაბოლური პროცესები უმაღლესი სიჩქარით.

ფ. კნუპმა და კ. მარტიუსმა 1937 წელს დაადგინეს, რომ ლიმონმჟავა გარდაიქმნება იზოციტრიკულ მჟავად შუალედური პროდუქტის, ცის - აკონიტური მჟავის მეშვეობით. გარდა ამისა, იზოციტრიუმის მჟავა შეიძლება გარდაიქმნას ა-კეტოგლუტარულ მჟავად, ხოლო ეს მჟავა სუქცინის მჟავად.

კრებსმა შენიშნა მჟავების მოქმედება მტრედის გულმკერდის კუნთის მიერ O2-ის შეწოვაზე და გამოავლინა მათი გამააქტიურებელი მოქმედება PVC-ის დაჟანგვაზე და აცეტილ-კოენზიმ A-ს წარმოქმნაზე. გარდა ამისა, კუნთში მიმდინარე პროცესებს აფერხებდა მალონის მჟავა. , რომელიც მსგავსია სუქცინის მჟავას და შეუძლია კონკურენტულად დათრგუნოს ფერმენტები , რომელთა სუბსტრატი არის სუქცინის მჟავა .

როდესაც კრებსმა სარეაქციო გარემოს დაამატა მალონის მჟავა, დაიწყო ა-კეტოგლუტარის, ლიმონის და სუქცინის მჟავების დაგროვება. ამრიგად, ცხადია, რომ ა-კეტოგლუტარის, ლიმონმჟავების ერთობლივი მოქმედება იწვევს სუქცინის წარმოქმნას.

ჰანსმა გამოიკვლია 20-ზე მეტი ნივთიერება, მაგრამ მათ გავლენა არ მოახდინეს დაჟანგვაზე. მიღებული მონაცემების შედარებისას კრებსმა მიიღო ციკლი. თავიდანვე მკვლევარმა ზუსტად ვერ თქვა, პროცესი იწყება ლიმონის მჟავით თუ იზოციტრიუმის მჟავით, ამიტომ მას "ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლი" უწოდა.

ახლა ჩვენ ვიცით, რომ პირველი არის ლიმონმჟავა, ამიტომ სწორი არის ციტრატის ციკლი ან ლიმონმჟავას ციკლი.

ევკარიოტებში TCA რეაქციები ხდება მიტოქონდრიაში, ხოლო კატალიზის ყველა ფერმენტი, გარდა 1-ისა, თავისუფალ მდგომარეობაშია მიტოქონდრიულ მატრიქსში, გარდა სუქცინატდეჰიდროგენაზასა, რომელიც ლოკალიზებულია შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაზე და შედის ლიპიდური ორშრე. პროკარიოტებში ციკლის რეაქციები ციტოპლაზმაში მიმდინარეობს.

შევხვდეთ ციკლის მონაწილეებს:

1) აცეტილ-კოენზიმი A:
- აცეტილის ჯგუფი
- კოენზიმი A - კოენზიმი A:

2) PIE - Oxaloacetate - Oxalic-Acetic acid:
რადგან შედგება ორი ნაწილისაგან: ოქსილის და ძმარმჟავა.

3-4) ლიმონის და იზოტრინის მჟავები:

5) ა-კეტოგლუტარის მჟავა:

6) სუქცინილ-კოენზიმი A:

7) სუქცინის მჟავა:

8) ფუმარინის მჟავა:

9) ვაშლის მჟავა:

როგორ ხდება რეაქციები? ზოგადად, ჩვენ ყველა შეჩვეული ვართ ბეჭდის გარეგნობას, რომელიც სურათზე ქვემოთ არის ნაჩვენები. ყველაფერი ჩამოთვლილია ეტაპად ქვემოთ:

1. აცეტილ-კოენზიმ A-ს და ოქსალ-ძმარმჟავას ➙ ლიმონმჟავას კონდენსაცია.

აცეტილ-კოენზიმ A-ს ტრანსფორმაცია წარმოიქმნება ოქსალო-ძმარმჟავასთან კონდენსაციის შედეგად, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ლიმონმჟავა.

რეაქცია არ საჭიროებს ATP-ს მოხმარებას, რადგან ამ პროცესისთვის ენერგია უზრუნველყოფილია თიოეთერის ბმის ჰიდროლიზის შედეგად აცეტილ-კოენზიმ A-სთან, რომელიც არის მაკროერგიული:

2. ლიმონის მჟავა ცის-აკონინის მჟავით გადადის იზოციტრიკულ მჟავაში.

ლიმონის მჟავა იზომერიზებულია იზოციტრიკულ მჟავად. გარდაქმნის ფერმენტი - აკონიტაზა - ჯერ ასუფთავებს ლიმონმჟავას ცის-აკონიტური მჟავის წარმოქმნით, შემდეგ წყალს აერთიანებს მეტაბოლიტის ორმაგ კავშირში და წარმოქმნის იზოციტრიკულ მჟავას:

3. იზოლიციტრიუმის მჟავა დეჰიდროგენირებულია ა-კეტოგლუტარის მჟავისა და CO2-ის წარმოქმნით.

იზოლიციტრიუმის მჟავა იჟანგება სპეციფიკური დეჰიდროგენაზას მიერ, რომლის კოენზიმია NAD.

ჟანგვის პარალელურად, იზოციტრიული მჟავა დეკარბოქსილირდება. გარდაქმნების შედეგად წარმოიქმნება α-კეტოგლუტარის მჟავა.

4. ალფა-კეტოგლუტარის მჟავა დეჰიდრატირებულია ➙ სუქცინილ-კოენზიმი A და CO2.

შემდეგი ნაბიჯი არის α-კეტოგლუტარის მჟავას ოქსიდაციური დეკარბოქსილაცია.

იგი კატალიზებულია α-კეტოგლუტარატდეჰიდროგენაზას კომპლექსით, რომელიც მექანიზმით, სტრუქტურით და მოქმედებით მსგავსია პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსთან. შედეგად წარმოიქმნება სუქცინილ-CoA.

5. სუქცინილ-კოენზიმი A ➙ სუქცინის მჟავა.

სუქცინილ-CoA ჰიდროლიზდება თავისუფალ სუქცინის მჟავად, გამოთავისუფლებული ენერგია ინახება გუანოზინტრიფოსფატის წარმოქმნით. ეს ეტაპი ერთადერთია ციკლში, სადაც ენერგია პირდაპირ გამოიყოფა.

6. სუქცინის მჟავა გაუწყლოებულია ➙ ფუმარიული.

სუქცინის მჟავას დეჰიდროგენაციას აჩქარებს სუქცინატდეჰიდროგენაზა, მისი კოენზიმი არის FAD.

7. Fumaric hydrated ➙ malic.

ფუმარინის მჟავა, რომელიც წარმოიქმნება სუქცინის მჟავას გაუწყლოების დროს, ჰიდრატირებულია და წარმოიქმნება ვაშლის მჟავა.

8. ვაშლის მჟავა დეჰიდროგენირებულია ➙ ოქსიალმჟავა - ციკლი დახურულია.

საბოლოო პროცესი არის მალატის დეჰიდროგენაზას მიერ კატალიზებული ვაშლის მჟავის დეჰიდროგენაცია;

ეტაპის შედეგია მეტაბოლიტი, საიდანაც იწყება ტრიკარბოქსილის მჟავების ციკლი - ოქსილის ძმარმჟავა.

შემდეგი ციკლის 1 რეაქციაში შევა კიდევ ერთი მლ აცეტილ-კოენზიმი A.

როგორ გავიხსენოთ ეს ციკლი? Უბრალოდ!

1) ძალიან ფიგურალური გამოთქმა:
მთელი ანანასი და სუფლის ნაჭერი დღეს რეალურად ჩემი სადილია, რომელიც შეესაბამება ციტრატს, ცის-აკონიტატს, იზოციტრატს, (ალფა-)კეტოგლუტარატს, სუქცინილ-CoA-ს, სუქცინატს, ფუმარატს, მალატს, ოქსალოაცეტატს.

2) კიდევ ერთი გრძელი ლექსი:

პაიკმა შეჭამა აცეტატი, გამოდის ციტრატი,
ცისაკონიტის მეშვეობით იქნება იზოციტრატი.
წყალბადის დათმობის შემდეგ ის კარგავს CO2-ს,
ალფა-კეტოგლუტარატი უზომოდ ბედნიერია ამით.
ოქსიდაცია მოდის - NAD-მა მოიპარა წყალბადი,
TDP, კოენზიმი A იღებს CO2.
და ენერგია ძლივს გამოჩნდა სუქცინილში,
მაშინვე ATP დაიბადა და სუქცინატი დარჩა.
ასე რომ, ის მივიდა FAD-მდე - მას სჭირდება წყალბადი,
ფუმარატმა დალია წყალი და გადაიქცა მალატად.
შემდეგ OVER მივიდა მალატამდე, შეიძინა წყალბადი,
PIKE კვლავ გამოჩნდა და ჩუმად დაიმალა.

3) ორიგინალური ლექსი უფრო მოკლეა:

PIKE აცეტილ ლიმონილი,
მაგრამ ნარცისის ცხენს შეეშინდა
ის მის ზემოთ არის ISOLIMONO
ალფა - კეტოგლუტარალი.
სუქცინირებული კოენზიმით,
ამბერ ფუმაროვო,
ვაშლი ინახება ზამთრისთვის,
ისევ PIKE-ად გადაიქცა.