Ciclul acidului tricarboxilic Krebs este un sistem ciclic foarte organizat de interconversii ale acizilor di- și tricarboxilici catalizați de un complex multienzimatic. El formează baza metabolismului celular. Această cale metabolică este închisă; începutul ei este considerat a fi reacția citrat sintazei, în timpul căreia condensarea Acetil-CoA și oxaloacitatul dă citrat. Aceasta este urmată de reacția de scindare a apei catalizată de enzima aconitaza, produsul reacției este acidul cis-aconitic. Aceeași enzimă (aconitaza) catalizează reacția de hidratare, rezultând formarea izomerului izocitrat.

Oxidant Reacția pisicii catalizată de enzima izocitrat dehidrogenază dă acid a-cetoglutaric. În timpul reacției, CO2 este scindat, E din conversia oxidativă se acumulează în NAD redus. În plus, acidul a-cetoglutaric, sub acțiunea complexului de a-cetoglutorat dehidrogenază, este transformat în succinil-CoA. Enzima succinil-CoA catalizează reacția în care se formează GTP (ATP) din GDP și acid fosforic și enzima succinatetiokinaza este scindată. Ca rezultat, se formează acid succinic - succinat. Succinatul intră apoi din nou în reacția de oxidare cu participarea enzimei succinat dehidrogenază. Este o enzimă dependentă de FAD. succinatul este oxidat pentru a forma acid fumaric. Există o adăugare imediată de apă cu participarea enzimei fumarază și se formează malat (acid malic). Malatul, care conține NAD cu participarea malat dehidrogenazei, este oxidat, ducând la formarea PEA, adică are loc regenerarea primului produs de PIA, poate reacționa din nou cu acetil-CoA pentru a forma acid citric. CH3-C + ZNAD + FAD + GDP + H3PO4 + 2H2O -> 2CO2 + ZNADH+H* ​​​​+ FADH2 + GTP + HSKoA

Rolul principal al CTC- formarea unei cantităţi mari de ATP.

1. CTC este sursa principală de ATP. E, imagine. în cantități mari, ATP dă descompunerea completă a Acetil-CoA în CO2 și H2O.

2. CTC este o etapă terminală universală a catabolismului substanțelor din toate clasele.

3. TTC joaca un rol important in procesele de anabolism (produsi intermediari ai TTC): - din citrat -> sinteza acizilor grasi; - din alfa-cetoglutarat și PEA -\u003e sinteza aminoacizilor; - din PIESE -> sinteza glucidelor; - din succinil-CoA -> sinteza hemoglobinei

Oxidarea biologică ca principală modalitate de împărțire a nutrienților în organism, funcțiile sale în celulă. Caracteristicile oxidării biologice în comparație cu procesele oxidative în obiectele nebiologice. Modalități de oxidare a substanțelor din celule; enzime care catalizează reacțiile oxidative din organism.

Biol. oxidarea ca principală cale de descompunere a nutrienților. Funcțiile sale în celulă. Enzime care catalizează reacțiile oxidative din organism.

Oxidare biologică (BO) este o combinație de oxidanți. procese într-un organism viu care au loc cu participarea obligatorie a oxigenului. Sinonim - respirație tisulară. Oxidarea unei substanțe este imposibilă fără reducerea altei substanțe.

Cea mai importantă funcție BO este eliberarea de E, închisă într-o chimică. legături nutritive. E-ul eliberat este folosit pentru implementarea proceselor dependente de energie care au loc. în celule, precum și pentru a menține temperatura corpului. A doua funcție a BO este plasticul: în timpul descompunerii nutrienților, se formează produse intermediare cu greutate moleculară mică, care sunt utilizate în continuare pentru biosinteză. De exemplu, în timpul descompunerii oxidative a glucozei, se formează acetil-CoA, care poate merge apoi la sinteza colesterolului sau a acizilor grași superiori. A treia funcție a BO este generarea de potențiale reducătoare, care sunt utilizate în continuare în reducerea biosintezei. Principala sursă de potențiale de reducere în reacțiile de biosinteză ale metabolismului celular este NADPH+H+, care se formează din NADP+ datorită atomilor de hidrogen transferați acestuia în timpul unor reacții de dehidrogenare. A patra funcție a BO este participarea la procesele de detoxifiere, adică. neutralizarea compușilor toxici fie proveniți din mediul extern, fie formați în organism.

Diferiți compuși din celule pot fi oxidați în trei moduri:

1. prin dehidrogenare. Se obișnuiește să se facă distincția între două tipuri de dehidrogenare: aerobă și anaerobă. dacă oxigenul este acceptorul primar al atomilor de hidrogen care trebuie despărțiți, dehidrogenarea este aerobă; dacă un alt compus servește ca acceptor primar al atomilor de hidrogen separați, dehidrogenarea este anaerobă. Exemple de astfel de compuși acceptori de hidrogen sunt NAD, NADP, FMN, FAD, glutation oxidat (GSSG), acid dehidroascorbic etc.

2. Prin aderare la moleculele substanței oxigenate oxidabile, adică. prin oxigenare.

3. Prin donarea de electroni. Toate organismele vii sunt de obicei împărțite în organisme aerobe și organisme anaerobe. Organismele aerobe au nevoie de oxigen, care, în primul rând, este utilizat în reacțiile de oxigenare și, în al doilea rând, servește ca acceptor final al atomilor de hidrogen despărțiți de substratul oxidat. În plus, aproximativ 95% din tot oxigenul absorbit servește ca acceptor final al atomilor de hidrogen despărțiți de diferite substraturi în timpul oxidării și doar 5% din oxigenul absorbit participă la reacțiile de oxigenare.

Toate enzimele implicate în cataliza OVR în organism aparțin clasei oxidoreductazelor. La rândul lor, toate enzimele din această clasă pot fi împărțite în 4 grupe:

1. Enzime, catalitice reacții de dehidrogenare sau dehidrogenază.

A). Dehidrogenaze sau oxidaze aerobe. b). Dehidrogenaze anaerobe cu o reacție tipică:

2. Enzime, catalitice reacții de oxigenare sau oxigenază. A). Monooxigenaza b). dioxigenaze

3. Enzime care catalizează eliminarea electronilor din substraturile oxidate. numite citocromi. 4. Oxidoreductazele includ, de asemenea, un grup de enzime auxiliare, cum ar fi catalaza sau peroxidaza. Aceștia joacă un rol protector în celulă, distrugând peroxidul de hidrogen sau hidroperoxizii organici, care se formează în timpul proceselor oxidative și sunt compuși destul de agresivi care pot deteriora structurile celulare.

Dehidrogenazele anaerobe dependente de NAD și FAD, cele mai importante substraturi ale acestora. Lanțul principal de enzime respiratorii din mitocondrii, organizarea sa structurală. Diferența dintre potențialele redox ale substraturilor oxidabile și oxigenul ca forță motrice pentru mișcarea electronilor în lanțul respirator. Energetica transferului de electroni în lanțul respirator.

Principalul lanț de enzime respiratorii din mitocondrii, organizarea sa structurală și rolul biologic. Citocromi, citocrom oxidază, natura chimică și rolul în procesele oxidative.

În cursul numeroaselor reacții de dehidrogenare care au loc atât în ​​a doua fază a catabolismului, cât și în ciclul Krebs, forme reduse de coenzime:NADH+H+ și FADH2. Aceste reacții sunt catalizate de numeroase dehidrogenaze dependente de piridină și dependente de flavină. În același timp, rezervorul de coenzime din celulă este limitat, astfel încât formele reduse de coenzime trebuie „descărcate”, adică. transferă atomii de hidrogen rezultați la alți compuși, astfel încât ei să fie transferați în cele din urmă în organismele aerobe la oxigenul lor acceptor final. Acest proces de „descărcare” sau oxidare a NADH+H+ și FADH2 reduse realizează o cale metabolică cunoscută sub numele de coloana vertebrală a enzimei respiratorii. Este situat în membrana interioară a mitocondriilor.

Lanțul principal de enzime respiratorii este format din 3 complexe complexe de proteine ​​supramoleculare, catalizarea transferului secvenţial de electroni şi protoni de la NADH + H redus la oxigen:

Primul complex supramolecular catalizează transferul a 2 electroni și 2 protoni de la NADH+H+ redus la CoQ cu formarea formei reduse a acestuia din urmă CoQH2. Complexul supramolecular include aproximativ 20 de lanțuri polipeptidice, ca grupări protetice ale unora dintre ele există o moleculă de flaminmononucleotide (FMN) și unul sau mai mulți așa-numiți centri de fier-sulf (FeS)n. Electronii și protonii din NADH + H+ sunt transferați mai întâi în FMN cu formarea FMNN2, apoi electronii din FMNN2 sunt transferați prin centrii fier-sulf în CoQ, după care protonii sunt adăugați la CoQ pentru a forma forma sa redusă:

Următorul complex supramolecular constă, de asemenea, din mai multe proteine: citocromul b, o proteină care are un centru fier-sulf în compoziție și citocromul C1. Compoziția oricărui citocrom include o grupare hem cu un atom de fier al unui element cu valență variabilă, care este capabil atât să accepte un electron, cât și să-l dea departe. Pornind de la CoQH2, căile electronilor și protonilor diverg. Electronii cu KoQH2 sunt transferați de-a lungul lanțului de citocromi și, în același timp, 1 electron este transferat de-a lungul lanțului, iar protonii cu KoQH2 intră în mediu.

Complexul citocrom C oxidază este format din doi citocromi:citocromul a și citocromul a3. Citocromul a are o grupă hem în compoziția sa, iar citocromul a3, pe lângă gruparea hem, conține și un atom de Cu. Un electron cu participarea acestui complex este transferat de la citocromul C la oxigen.

NAD+, KoQ și citocromul C nu fac parte din niciunul dintre complexele descrise. NAD+ servește ca un colector-purtător de protoni și electroni dintr-o gamă largă de substraturi oxidate în celule. CoQ îndeplinește și funcția de colector de electroni și protoni, preluându-i din unele substraturi oxidabile (de exemplu, din succinat sau acilCoA) și transferând electroni în sistemul citocrom cu eliberarea de protoni în mediu. Citocromul C poate accepta, de asemenea, electroni direct din substraturile oxidate și îi poate transfera în continuare la al patrulea complex CDP. Deci, în timpul oxidării succinatului, complexul succinat-CoQ-oxid reductază (Complexul II) funcționează, transferând protoni și electroni din succinat direct în CoQ, ocolind NAD+:

Pentru ca o moleculă de oxigen să se transforme în 2 ioni de O2, trebuie să îi fie transferați 4 electroni. Este în general acceptat că 4 electroni sunt transferați secvenţial de la două molecule NADH + H + de-a lungul lanțului purtător de electroni și până când toți cei patru electroni sunt acceptați, molecula de oxigen rămâne legată în centrul activ al citocromului a3. După ce acceptă 4 electroni, doi ioni de O2 leagă câte doi protoni, formând astfel 2 molecule de apă.

Lanțul de enzime respiratorii folosește cea mai mare parte a oxigenului care intră în organism până la 95%. O măsură a intensității proceselor de oxidare aerobă într-un anumit țesut este coeficientul respirator (QO2), care este de obicei exprimat ca numărul de microlitri de oxigen absorbiți de țesut în 1 oră per 1 mg de greutate a țesutului uscat (µl.h1). .mg1). Pentru miocard, este 5, pentru țesutul glandelor suprarenale 10, pentru țesutul substanței corticale a rinichilor 23, pentru ficat 17, pentru piele 0,8. Absorbția oxigenului de către țesuturi este însoțită de formarea simultană de dioxid de carbon și apă în ele. Acest proces de absorbție a O2 de către țesuturi cu eliberare simultană de CO2 se numește respirație tisulară.

Fosforilarea oxidativă ca mecanism de acumulare de energie în celulă. Fosforilarea oxidativă în lanțul enzimelor respiratorii. Raportul P/O. Fosforilarea oxidativă la nivel de substrat, semnificația ei pentru celulă. Xenobiotice-inhibitori și decuplatori ai oxidării și fosforilării.

Fosforilarea oxidativă- una dintre cele mai importante componente ale respirației celulare, ducând la producerea de energie sub formă de ATP. Substraturile fosforilării oxidative sunt produsele de descompunere a compușilor organici - proteine, grăsimi și carbohidrați.

Cu toate acestea, cel mai adesea ca substrat se folosesc carbohidrați. Deci, celulele creierului nu sunt capabile să folosească niciun alt substrat pentru respirație, cu excepția carbohidraților.

Carbohidrații precomplexi sunt descompuși în alții simpli, până la formarea glucozei. Glucoza este un substrat universal în procesul de respirație celulară. Oxidarea glucozei este împărțită în 3 etape:

1. glicoliză;

2. decarboxilarea oxidativă sau ciclul Krebs;

3. fosforilarea oxidativă.

În acest caz, glicoliza este o fază comună pentru respirația aerobă și anaerobă.

O măsură a eficacității procesului de fosforilare oxidativă în lanțul de enzime respiratorii este Raportul P/O; numărul de atomi de fosfor incluși din fosfatul anorganic în compoziția ATP, per 1 atom de oxigen legat care a mers la formarea apei în timpul funcționării lanțului respirator. Când NADH + H+ este oxidat, este 3, când FADH2(KoQH2) este oxidat, este 2, iar când citocromul C redus este oxidat, este 1.

Inhibitori ai fosforilării oxidative. Inhibitorii blochează complexul V:

1. Oligomicină - blochează canalele de protoni ale ATP sintazei.

2. Atractilozidă, ciclofilină - bloc translocaze.

Ciclul acidului tricarboxilic a fost descoperit pentru prima dată de biochimistul englez Krebs. El a fost primul care a postulat semnificația acestui ciclu pentru arderea completă a piruvatului, a cărui sursă principală este conversia glicolitică a carbohidraților.

Ulterior, s-a demonstrat că ciclul acidului tricarboxilic este un „punct focal” în care converg aproape toate căile metabolice.

Deci, acetil-CoA format ca urmare a decarboxilării oxidative a piruvatului intră în ciclul Krebs. Acest ciclu constă din opt reacții consecutive (Fig.

91). Ciclul începe cu condensarea acetil-CoA cu oxalacetat și formarea acidului citric. ( După cum se va vedea mai jos, nu acetil-CoA în sine suferă oxidarea în ciclu, ci un compus mai complex, acidul citric (acidul tricarboxilic).)

Apoi acidul citric (un compus cu șase atomi de carbon), printr-o serie de dehidrogenări (abstracția hidrogenului) și decarboxilări (eliminarea CO2), pierde doi atomi de carbon și oxalacetatul (un compus cu patru atomi de carbon) apare din nou în ciclul Krebs, adică.

Adică, ca urmare a unei rotații complete a ciclului, molecula de acetil-CoA arde la CO2 și H2O, iar molecula de oxaloacetat este regenerată. Mai jos sunt toate cele opt reacții (etape) consecutive ale ciclului Krebs.

În prima reacție, catalizată de enzima citrat sintetaza, acetil-CoA se condensează cu oxalacetat.

Ca rezultat, se formează acid citric:

Aparent, în această reacție, citril-CoA legat de enzimă se formează ca intermediar. Acesta din urmă se hidrolizează apoi spontan și ireversibil pentru a forma citrat și HS-KoA.

În a doua reacție a ciclului, acidul citric format suferă deshidratare cu formarea acidului cis-aconitic, care, prin adăugarea unei molecule de apă, trece în acid izocitric.

Aceste reacții reversibile de hidratare-deshidratare sunt catalizate de enzima aconitat-hidratază:

În a treia reacție, care pare să limiteze viteza ciclului Krebs, acidul izocitric este dehidrogenat în prezența izocitrat dehidrogenazei dependente de NAD:

(Există două tipuri de izocitrat dehidrogenaze în țesuturi: dependente de NAD și NADP.

S-a stabilit că rolul principalului catalizator pentru oxidarea acidului izocitric în ciclul Krebs este îndeplinit de izocitrat dehidrogenază dependentă de NAD.)

În timpul reacției izocitrat dehidrogenazei, acidul izocitric este decarboxilat. Izocitrat dehidrogenaza dependentă de NAD este o enzimă alosterică care necesită ADP ca activator specific. În plus, enzima are nevoie de ioni Mg2+ sau Mn2+ pentru a-și manifesta activitatea.

În a patra reacție, are loc decarboxilarea oxidativă a acidului α-cetoglutaric la succinil-CoA. Mecanismul acestei reacții este similar cu reacția de decarboxilare oxidativă a piruvatului la acetil-CoA. Complexul de α-cetoglutarat dehidrogenază seamănă cu complexul de piruvat dehidrogenază în structura sa. În ambele cazuri, cinci coenzime iau parte la reacție: TDP, amida acidului lipoic, HS-KoA, FAD și NAD.

Pe scurt, această reacție poate fi scrisă după cum urmează:

A cincea reacție este catalizată de enzima succinil-CoA sintetaza. În timpul acestei reacții, succinil-CoA, cu participarea PIB-ului și a fosfatului anorganic, este transformat în acid succinic (succinat). În același timp, formarea unei legături fosfat de înaltă energie a GTP1 are loc datorită legăturii tioeter de înaltă energie a succinil-CoA:

(GTP-ul rezultat donează apoi gruparea sa terminală de fosfat către ADP, rezultând formarea de ATP.

Formarea trifosfatului de nucleozid de înaltă energie în timpul reacției succinil-CoA sintetazei este un exemplu de fosforilare la nivel de substrat.)

În a șasea reacție, succinatul este dehidrogenat în acid fumaric. Oxidarea succinatului este catalizată de succinat dehidrogenază, în molecula căreia coenzima FAD este legată covalent de proteină:

În a șaptea reacție, acidul fumaric rezultat este hidratat sub influența enzimei fumarat hidrază.

Produsul acestei reacții este acidul malic (malat). Trebuie remarcat faptul că fumarat-hidratază are stereospecificitate - în timpul acestei reacții, se formează acid L-malic:

În cele din urmă, în a opta reacție a ciclului acidului tricarboxilic, sub influența malat dehidrogenazei mitocondriale dependente de NAD, L-malatul este oxidat la oxalacetat:

După cum puteți vedea, într-o tură a ciclului, constând din opt reacții enzimatice, are loc oxidarea completă („combustia”) a unei molecule de acetil-CoA.

Pentru funcționarea continuă a ciclului, este necesară o aprovizionare constantă cu acetil-CoA a sistemului, iar coenzimele (NAD și FAD), care au trecut în stare redusă, trebuie oxidate din nou și din nou. Această oxidare se realizează în sistemul purtător de electroni (sau lanțul de enzime respiratorii) situat în mitocondrii.

Energia eliberată ca urmare a oxidării acetil-CoA este concentrată în mare parte în legăturile de fosfat de mare energie ale ATP.

Din cele patru perechi de atomi de hidrogen, trei perechi sunt transferate prin NAD în sistemul de transport de electroni; în acest caz, pentru fiecare pereche din sistemul de oxidare biologică se formează trei molecule de ATP (în procesul de fosforilare oxidativă conjugată) și deci, în total, nouă molecule de ATP. O pereche de atomi intră în sistemul de transport de electroni prin FAD, ducând la formarea a 2 molecule de ATP. În timpul reacțiilor ciclului Krebs, se sintetizează și 1 moleculă de GTP, ceea ce este echivalent cu 1 moleculă de ATP.

Deci, în timpul oxidării acetil-CoA în ciclul Krebs, se formează 12 molecule de ATP.

După cum sa menționat deja, 1 moleculă NADH2 (3 molecule ATP) se formează în timpul decarboxilării oxidative a piruvatului în acetil-CoA. Deoarece descompunerea unei molecule de glucoză produce două molecule de piruvat, atunci când acestea sunt oxidate la 2 molecule de acetil-CoA și următoarele două ture ale ciclului acidului tricarboxilic, sunt sintetizate 30 de molecule de ATP (prin urmare, oxidarea unei molecule de piruvat la CO2). iar H2O dă 15 molecule de ATP).

La aceasta trebuie adăugate 2 molecule de ATP formate în timpul glicolizei aerobe, și 4 molecule de ATP sintetizate datorită oxidării a 2 molecule de NADH2 extramitocondrial, care se formează în timpul oxidării a 2 molecule de gliceraldehidă-3-fosfat într-o reacție de dehidrogenază.

Reacții ale ciclului Krebs

În total, obținem că atunci când 1 moleculă de glucoză este descompusă în țesuturi conform ecuației: C6H1206 + 602 -> 6CO2 + 6H2O, se sintetizează 36 de molecule de ATP, ceea ce contribuie la acumularea de adenozin trifosfat în legăturile de fosfat de mare energie. 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (sau, conform altor surse, 36 X 38 ~ 1430 kJ) energie liberă.

Cu alte cuvinte, din toată energia liberă (aproximativ 2840 kJ) eliberată în timpul oxidării aerobe a glucozei, până la 50% din aceasta este acumulată în mitocondrii într-o formă care poate fi folosită pentru a îndeplini diverse funcții fiziologice.

Fără îndoială, din punct de vedere energetic, descompunerea completă a glucozei este un proces mai eficient decât glicoliza. Trebuie remarcat faptul că cele 2 molecule de NADH2 formate în timpul conversiei 2 molecule de gliceraldehidă-3-fosfat 2 NADH2, atunci când sunt oxidate, dau nu 6 molecule de ATP, ci doar 4. Faptul este că moleculele extramitocondriale de NADH2 în sine nu sunt capabile să pătrunde prin membrană în mitocondrii.

Cu toate acestea, electronii pe care îi donează pot fi incluși în lanțul mitocondrial de oxidare biologică folosind așa-numitul mecanism de navetă a glicerofosfatului (Fig. 92). După cum se vede în figură, NADH2 citoplasmatic reacționează mai întâi cu dihidroxiacetona fosfat citoplasmatic pentru a forma glicerol-3-fosfat. Reacția este catalizată de glicerol-3-fosfat dehidrogenază citoplasmatică dependentă de NAD:

Dihidroxiacetonă fosfat + NADH2 glicerol-3-fosfat + NAD

Glicerol-3-fosfatul rezultat pătrunde cu ușurință în membrana mitocondrială.

În interiorul mitocondriilor, o altă glicerol-3-fosfat dehidrogenază (mitocondrială) (enzima flavină) oxidează din nou glicerol-3-fosfat în dihidroxiacetonă fosfat:

Glicerol-3-fosfat + FAD Dihidroxiacetonă fosfat + faDH2

Flavoproteina redusă (enzima - FADH2) introduce, la nivelul KoQ, electronii dobândiți de aceasta în lanțul de oxidare biologică și fosforilarea oxidativă asociată, iar fosfatul de dihidroxiacetonă părăsește mitocondriile în citoplasmă și poate interacționa din nou cu NADH2 citoplasmatic.

Astfel, o pereche de electroni (dintr-o moleculă de NADH2 citoplasmatic) introduși în lanțul respirator folosind mecanismul navetă glicerofosfat produce nu 3 ATP, ci 2 ATP.

Acum este bine stabilit că mecanismul de transfer al glicerofosfatului are loc în celulele hepatice.

Pentru alte țesuturi, această întrebare nu a fost încă clarificată.

Ciclul acidului tricarboxilic

Reacțiile de glicoliză au loc în citosol și în cloroplaste. Există trei etape ale glicolizei:

1 - pregătitoare (fosforilarea hexozei și formarea a două fosfotrioze);

2 - prima fosforilare a substratului oxidativ;

3 - a doua fosforilare a substratului oxidativ intramolecular.

Zaharurile suferă transformări metabolice sub formă de esteri ai acidului fosforic.

Glucoza este preactivată prin fosforilare. Într-o reacție dependentă de ATP catalizată de hexokinază, glucoza este transformată în glucoză-6-fosfat. După izomerizarea glucozei-6-fosfatului la fructoză-6-fosfat, acesta din urmă este din nou fosforilat pentru a forma fructoză-1,6-difosfat. Fosfofructokinaza, care catalizează această etapă, este o enzimă cheie importantă în glicoliză.

Astfel, două molecule de ATP sunt consumate pentru a activa o moleculă de glucoză. Fructoza-1,6-difosfatul este scindat de aldolază în două fragmente C3 fosforilate. Aceste fragmente, gliceraldehidă-3-fosfat și dihidroxiacetonă fosfat, sunt transformate unul în altul de către trioză fosfat izomeraza.

Gliceraldehida-3-fosfatul este oxidat de gliceraldehida-3-fosfat dehidrogenaza pentru a forma NADH + H+.

În această reacție, fosfatul anorganic este inclus în moleculă pentru a forma 1,3-difosfoglicerat. Un astfel de intermediar conține o legătură anhidridă mixtă, a cărei scindare este un proces extrem de exoergic. În etapa următoare, catalizată de fosfoglicerat kinază, hidroliza acestui compus este asociată cu formarea de ATP.

Următorul produs intermediar, a cărui hidroliză poate fi asociată cu sinteza ATP, se formează în reacția de izomerizare a 3-fosfogliceratului, obținută ca urmare a reacției de oxidare a 3PHA, în 2-fosfoglicerat (enzima fosfoglicerat mutază) si eliminarea ulterioara a apei (enzima enolaza).

Produsul este un ester al acidului fosforic și forma enolică a piruvatului și, prin urmare, se numește fosfoenolpiruvat (PEP). Etapa finală, care este catalizată de piruvat kinaza, produce piruvat și ATP.

Alături de etapa de oxidare a PHA și reacția tiokinazei din ciclul citratului, aceasta este a treia reacție care permite celulelor să sintetizeze ATP, independent de lanțul respirator.

În ciuda formării de ATP, acesta este extrem de exoergic și, prin urmare, ireversibil.

Ca urmare a glicolizei, dintr-o moleculă de glucoză se formează 2 molecule de acid piruvic și 4 molecule de ATP. Deoarece legătura macroergică se formează direct pe substratul oxidat, acest proces de formare a ATP se numește fosforilarea substratului.

Două molecule de ATP acoperă costul activării inițiale a substratului prin fosforilare. Prin urmare, se acumulează 2 molecule de ATP. În plus, în timpul glicolizei, 2 molecule de NAD sunt reduse la NADH. În timpul glicolizei, o moleculă de glucoză este degradată în două molecule de piruvat.

În plus, se formează două molecule de ATP și NADH + H + (glicoliză aerobă).

În condiții anaerobe, piruvatul suferă transformări ulterioare, asigurând în același timp regenerarea NAD+. Aceasta produce produse de fermentație precum lactat sau etanol (glicoliză anaerobă). În aceste condiții, glicoliza este singura modalitate de a obține energie pentru sinteza ATP din ADP și fosfat anorganic. În condiții aerobe, cele 2 molecule de acid piruvic formate intră în faza aerobă a respirației.

Ciclul Krebs. Acetil-CoA format ca urmare a decarboxilării oxidative a piruvatului din mitocondrii intră în ciclul Krebs.

Ciclul începe cu adăugarea de acetil-CoA la oxaloacetat și formarea acidului citric (citrat).

Apoi acidul citric (un compus cu șase atomi de carbon), printr-o serie de dehidrogenări (abstracția hidrogenului) și două decarboxilări (eliminarea CO2), pierde doi atomi de carbon și se transformă din nou în oxalacetat (un compus cu patru atomi de carbon) în ciclul Krebs. , adică

ca urmare a unei rotații complete a ciclului, o moleculă de acetil-CoA arde la CO2 și H2O, iar molecula de oxalacetat este regenerată. În timpul reacțiilor ciclului, cantitatea principală de energie conținută în substratul oxidat este eliberată, iar cea mai mare parte a acestei energie nu este pierdută în organism, ci este utilizată în timpul formării legăturilor finale de fosfat de mare energie ale ATP.

Când glucoza este oxidată în timpul respirației în timpul funcționării glicolizei și ciclului Krebs, se formează un total de 38 de molecule de ATP.

Plantele au o modalitate diferită de a transfera electroni la oxigen. Această cale nu este inhibată de cianuri și, prin urmare, este numită rezistentă la cianuri sau alternativă. Respirația rezistentă la cianuri este asociată cu funcționarea unei oxidaze alternative în lanțul respirator, în plus față de citocrom oxidaza, care a fost izolată pentru prima dată în 1978.

În acest mod de respirație, energia nu se acumulează în principal în ATP, ci este disipată sub formă de căldură. Respirația rezistentă la cianuri este inhibată de acidul salicilic. La majoritatea plantelor, respirația rezistentă la cianuri este de 10-25%, dar uneori poate ajunge la 100% din absorbția totală de oxigen. Depinde de tipul și condițiile de creștere ale plantelor. Funcțiile respirației alternative nu sunt complet clare. Această cale este activată atunci când există un conținut ridicat de ATP în celulă și inhibarea activității lanțului principal de transport de electroni în timpul respirației.

Se crede că calea rezistentă la cianuri joacă un rol atunci când este expusă la condiții nefavorabile. S-a dovedit că respirația alternativă participă la formarea căldurii. Disiparea energiei sub formă de căldură poate asigura o creștere a temperaturii țesuturilor plantelor cu 10-15°C peste temperatura ambiantă.

Pentru a explica mecanismul sintezei ATP asociat cu transportul electronilor în ETC al respirației, au fost propuse mai multe ipoteze:

• chimică (prin analogie cu fosforilarea substratului);
• mecanochimic (pe baza capacității mitocondriilor de a schimba volumul);
• chemiosmotic (postulează o formă intermediară de transformare a energiei de oxidare sub forma unui gradient de protoni transmembranar).

Procesul de formare a ATP ca urmare a transferului ionilor de H prin membrana mitocondrială se numește fosforilare oxidativă.

Se efectuează cu participarea enzimei ATP sintetaza. Moleculele de ATP sintetaza sunt situate sub formă de granule sferice pe partea interioară a membranei interioare a mitocondriilor.

Ca urmare a divizării a două molecule de acid piruvic și a transferului de ioni de hidrogen prin membrană prin canale speciale, se sintetizează în total 36 de molecule de ATP (2 molecule în ciclul Krebs și 34 de molecule ca urmare a transferului de ionii H prin membrană).

Ecuația generală pentru respirația aerobă poate fi exprimată după cum urmează:

C6H12O6 + O2+ 6H2O + 38ADP + 38H3PO4 →

6CO2+ 12H2O + 38ATP

ATP sintaza cu translocare H+ constă din două părți: un canal de protoni (F0) construit în membrana de cel puțin 13 subunități și o subunitate catalitică (Fi) care iese în matrice.

„Capul” părții catalitice este format din trei subunități + - și trei -, între care se află trei centri activi.

„Tulpina” structurii este formată din polipeptidele părții Fo și subunitățile y-, 5- și s ale „capului”.

Ciclul catalitic este împărțit în trei faze, fiecare trecând pe rând în trei centri activi. Mai întâi, se formează legarea ADP (ADP) și Pi, apoi se formează o legătură fosfoanhidridă și, în final, produsul final al reacției este eliberat.

Cu fiecare transfer al unui proton prin canalul proteinei F0 în matrice, toți cei trei centri activi catalizează următoarea etapă a reacției. Se presupune că energia transportului de protoni este cheltuită în primul rând pentru rotația subunității α, în urma căreia conformațiile subunităților α și β se modifică ciclic.

Butoane sociale pentru Joomla

Funcțiile ciclului Krebs

Știință » Biochimie

1.Funcția de donator de hidrogen. Ciclul Krebs furnizează substraturi pentru lanțul respirator (substraturi dependente de NAD: izocitrat, -cetoglutarat, malat; substrat dependent de FAD - succinat).
2.functie catabolica. În cursul TCA, ele sunt oxidate la produsele finale ale metabolismului
reziduuri de acetil formate din molecule de combustibil (glucoză, acizi grași, glicerol, aminoacizi).
3.Funcția anabolică.

Substraturile TCA sunt baza pentru sinteza multor molecule (cetoacizii - α-cetoglutarat și PAA - pot fi transformați în aminoacizi glu și asp; PIA poate fi transformat în glucoză, succinil-CoA este folosit pentru sinteza hem).
4.Funcția anaplerotică. Ciclul nu este întrerupt din cauza reacțiilor de anapleroză (încărcare) fondului substraturilor sale. Cea mai importantă reacție anaplerotică este formarea PHA (o moleculă care declanșează ciclul) prin carboxilarea PVC-ului.
5.funcția energetică.

La nivelul succinil-CoA are loc fosforilarea substratului cu formarea a 1 moleculă de macroerg.

Oxidarea acetatului dă multă energie

În plus, 4 reacții de dehidrogenază din ciclul Krebs creează un flux puternic de electroni bogați în energie. Acești electroni intră în lanțul respirator al membranei mitocondriale interioare.

Acceptorul final de electroni este oxigenul. Odată cu transferul succesiv de electroni în oxigen, se eliberează energie care este suficientă pentru a forma 9 molecule de ATP prin fosforilare oxidativă. Notă: Această cifră va deveni mai clară după ce ne vom familiariza cu activitatea lanțului respirator și cu enzima care sintetizează ATP.

Acizi tricarboxilici- acizi organici care au trei grupe carboxil (-COOH). Sunt reprezentați pe scară largă în natură și sunt implicați în diferite procese biochimice.

Denumirea tradițională Denumirea sistematică Formula moleculară Formula structurală

Acid de lamaie	Acid 2-hidroxipropan-1,2,3-tricarboxilic	C6H8O7
acid izocitric	1-hidroxipropan-1,2,3-tricarboxilic	C6H8O7
Acidul aconitic	Acid 1-propen-1,2,3-tricarboxilic	C6H6O6	(izomer cis și izomer trans)
Acid homocitric	Acid 2-hidroxibutan-1,2,4-tricarboxilic	C7H10O7
Acid oxalosuccinic	Acid 1-oxopropan-1,2,3-tricarboxilic	C6H6O7
Acid tricarbalilic	Acid propan-1,2,3-tricarboxilic	C3H5(COOH)3
acid trimesic	Acid benzen-1,3,5-tricarboxilic	C9H6O6

Cm.

Ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs)

Note

Literatură

• V. P. Komov, V. N. Şvedova. Biochimie. - Butarda, 2004. - 638 p.

Continuăm să analizăm ciclul Krebs. În ultimul articol, am vorbit despre ce este în general, de ce este nevoie de ciclul Krebs și ce loc ocupă acesta în metabolism.

Acum să trecem la reacțiile reale ale acestui ciclu.

Voi face o rezervare imediat - pentru mine personal, memorarea reacțiilor a fost un exercițiu complet lipsit de sens până când am rezolvat întrebările de mai sus.

Dar dacă ați înțeles deja teoria, vă sugerez să treceți la practică.

Puteți vedea multe moduri de a scrie ciclul Krebs. Cele mai comune opțiuni sunt astfel:

Dar modul de a scrie reacții din vechiul manual bun de biochimie de la autorii lui Berezov T.T. mi s-a părut cel mai convenabil.

și Korovkina B.V.

Prima reacție

Acetil-CoA și oxaloacetat deja familiar se combină și se transformă în citrat, adică în acid citric.

A doua reacție

Acum luăm acid citric și îl transformăm în acid izocitric.

Schimb de energie. Ciclul Krebs. Lanțul respirator și excreția

Un alt nume pentru această substanță este izocitrat.

De fapt, această reacție este ceva mai complicată, printr-o etapă intermediară - formarea acidului cis-aconitic. Dar am decis să simplific, astfel încât să vă amintiți mai bine. Dacă este necesar, puteți adăuga pasul lipsă aici dacă vă amintiți totul.

De fapt, cele două grupuri funcționale au fost pur și simplu schimbate.

A treia reacție

Deci, avem acid izocitric.

Acum trebuie să fie decarboxilat (adică, strângeți COOH) și deshidratat (adică strângeți H). Substanța rezultată este a-cetoglutarat.

Această reacție este notabilă pentru formarea complexului HADH2. Aceasta înseamnă că transportorul NAD preia hidrogen pentru a începe lanțul respirator.

Îmi place versiunea reacțiilor ciclului Krebs din manualul lui Berezov și Korovkin tocmai pentru că atomii și grupurile funcționale care sunt implicate în reacții sunt imediat vizibile.

a patra reacție

Luăm a-cetoglutarat din reacția anterioară și îl decarboxilăm de data aceasta. După cum puteți vedea, în aceeași reacție, coenzima-A este adăugată la a-cetoglutarat.

Din nou, cum funcționează ceasul nicotinăAmidăAdeninDinucleotida, adică DE MAI SUS.

Acest purtător glorios apare aici, ca în ultima etapă, pentru a capta hidrogenul și a-l transporta în lanțul respirator.

Apropo, substanța rezultată - succinil-CoA, nu ar trebui să te sperie.

Succinat este un alt nume pentru acidul succinic, bine cunoscut de tine încă din vremea chimiei bioorganice. Succinil-Coa este o combinație de acid succinic cu coenzima-A. Putem spune că acesta este un ester al acidului succinic.

A cincea reacție

În ultimul pas, am spus că succinil-CoA este un ester al acidului succinic.

Și acum ne vom lua singuri acid succinic, adică succinat, din succinil-CoA. Un punct extrem de important: tocmai în această reacție fosforilarea substratului.

Fosforilarea în general (poate fi oxidativă și substrat) este adăugarea unei grupe de fosfor PO3 la GDP sau ATP pentru a obține un GTP, sau, respectiv, ATP. Substratul diferă prin aceea că aceeași grupare de fosfor este desprinsă de orice substanță care o conține.

Ei bine, simplu spus, este transferat de la SUBSTRATE la HDF sau ADP. De aceea se numește „fosforilarea substratului”.

Încă o dată: în momentul începerii fosforilării substratului, avem o moleculă de difosfat - difosfat de guanozină sau difosfat de adenozină.

Fosforilarea constă în faptul că o moleculă cu două resturi de acid fosforic - GDP sau ADP „se completează” la o moleculă cu trei resturi de acid fosforic pentru a obține guanozină TRIfosfat sau adenozină TRIfosfat. Acest proces are loc în timpul conversiei succinil-CoA în succinat (adică în acid succinic).

Pe diagramă se pot vedea literele F (n). Înseamnă „fosfat anorganic”. Fosfatul anorganic trece de la substrat în GDP, astfel încât produsele de reacție să conțină GTP bun, de calitate înaltă.

Acum să ne uităm la reacția în sine:

a șasea reacție

următoarea transformare. De data aceasta, acidul succinic pe care l-am primit în pasul precedent se va transforma în fumarat notează noua legătură dublă.

Diagrama arată clar cum este implicată reacția MOFT: Acest neobosit purtător de protoni și electroni preia hidrogenul și îl trage direct în lanțul respirator.

A șaptea reacție

Suntem deja la linia de sosire.

Penultima etapă a ciclului Krebs este conversia fumaratului în L-malat. L-malat este un alt nume acid L-malic, familiar din cursul de chimie bioorganică.

Dacă te uiți la reacția în sine, vei vedea că, în primul rând, merge în ambele sensuri, iar în al doilea rând, esența ei este hidratarea.

Adică, fumaratul pur și simplu atașează o moleculă de apă la sine, rezultând acid L-malic.

A opta reacție

Ultima reacție a ciclului Krebs este oxidarea acidului L-malic la oxalacetat, adică la acid oxaloacetic.

După cum înțelegeți, „oxaloacetat” și „acid oxaloacetic” sunt sinonime. Probabil vă amintiți că acidul oxaloacetic este o componentă a primei reacții a ciclului Krebs.

Aici remarcăm particularitatea reacției: formarea NADH2, care va transporta electroni în lanțul respirator.

Nu uitați și de reacțiile 3,4 și 6, unde se formează și purtători de electroni și protoni pentru lanțul respirator.

După cum puteți vedea, am evidențiat în mod special cu roșu reacțiile în care se formează NADH și FADH2. Acestea sunt substanțe foarte importante pentru lanțul respirator.

Cu verde, am evidențiat reacția în care are loc fosforilarea substratului și se obține GTP.

Cum să-ți amintești toate acestea?

De fapt, nu este atât de greu. După ce ați citit complet cele două articole ale mele, precum și manualul și prelegerile dvs., trebuie doar să exersați scrierea acestor reacții. Recomand să vă amintiți ciclul Krebs în blocuri de 4 reacții. Scrie aceste 4 reacții de mai multe ori, alegând pentru fiecare o asociere care se potrivește memoriei tale.

De exemplu, mi-am amintit imediat de a doua reacție foarte ușor, în care acidul izocitric se formează din acid citric (cred că este familiar tuturor încă din copilărie).

De asemenea, puteți utiliza memorii mnemonice, cum ar fi: Un ananas întreg și o felie de sufleu astăzi este de fapt prânzul meu, care corespunde seriei - citrat, cis-aconitat, izocitrat, alfa-cetoglutarat, succinil-CoA, succinat, fumarat, malat, oxalacetat.

Sunt multe altele asemenea.

Dar, să fiu sinceră, aproape niciodată nu mi-au plăcut astfel de poezii. După părerea mea, este mai ușor să ne amintim succesiunea reacțiilor în sine. Am fost foarte ajutat de împărțirea ciclului Krebs în două părți, fiecare dintre ele m-am antrenat să scriu de câteva ori pe oră. De regulă, acest lucru s-a întâmplat în perechi, cum ar fi psihologia sau bioetica. Acest lucru este foarte convenabil - fără a fi distras de la prelegere, puteți petrece literalmente un minut scriind reacțiile pe măsură ce le amintiți și apoi verificați cu opțiunea corectă.

Apropo, în unele universități, pentru teste și examene de biochimie, profesorii nu necesită cunoașterea reacțiilor în sine.

Trebuie doar să știi ce este ciclul Krebs, unde are loc, care sunt caracteristicile și semnificația lui și, desigur, lanțul transformărilor în sine. Numai un lanț poate fi denumit fără formule, folosind doar denumiri de substanțe. Această abordare nu are sens, în opinia mea.

Sper că te-a ajutat ghidul meu pentru ciclul acidului tricarboxilic.

Și vreau să vă reamintesc că aceste două articole nu sunt un înlocuitor complet pentru prelegerile și manualele dvs. Le-am scris doar ca să înțelegeți aproximativ ce este ciclul Krebs. Dacă vedeți brusc o greșeală în ghidul meu, vă rugăm să scrieți despre ea în comentarii. Vă mulțumim pentru atenție!

Ciclul acidului tricarboxilic

ciclul acidului tricarboxilic (Ciclul Krebs, ciclul citratului) este partea centrală a căii generale a catabolismului, un proces aerob biochimic ciclic în timpul căruia conversia compușilor cu doi și trei atomi de carbon, care se formează ca produse intermediare în organismele vii în timpul descompunerii carbohidraților, grăsimilor și proteinelor, la are loc CO 2. În acest caz, hidrogenul eliberat este trimis în lanțul de respirație a țesuturilor, unde este oxidat în continuare în apă, participând direct la sinteza unei surse de energie universală - ATP.

Ciclul Krebs este un pas cheie în respirația tuturor celulelor care folosesc oxigen, răscrucea multor căi metabolice din organism. Pe lângă un rol energetic semnificativ, ciclul joacă și o funcție plastică semnificativă, adică este o sursă importantă de molecule precursoare, din care, în cursul altor transformări biochimice, compuși atât de importanți pentru viața celulei precum se sintetizează aminoacizi, carbohidraţi, acizi graşi etc.

Funcții

1. Funcția integrativă- ciclul este legătura dintre reacțiile de anabolism și catabolism.
2. functie catabolica- transformarea diferitelor substanțe în substraturi de ciclu:
   • Acizi grași, piruvat, Leu, Phen - Acetil-CoA.
   • Arg, His, Glu - α-cetoglutarat.
   • Uscător de păr, poligon de tragere - fumarat.
3. Funcția anabolică- utilizarea substraturilor de ciclu pentru sinteza substanțelor organice:
   • Oxalacetat - glucoză, Asp, Asn.
   • Succinil-CoA - sinteza hemului.
   • CO 2 - reacţii de carboxilare.
4. Funcția de donator de hidrogen- ciclul Krebs furnizează protoni lanțului respirator mitocondrial sub formă de trei NADH.H + și un FADH 2 .
5. funcția energetică- 3 NADH.H + dă 7,5 moli de ATP, 1 FADH 2 dă 1,5 moli de ATP pe lanțul respirator. În plus, 1 GTP este sintetizat în ciclu prin fosforilarea substratului, iar apoi ATP este sintetizat din acesta prin transfosforilare: GTP + ADP = ATP + GDP.

Reguli mnemonice

Pentru memorarea mai ușoară a acizilor implicați în ciclul Krebs, există o regulă mnemonică:

Un ananas întreg și o felie de sufleu astăzi este de fapt prânzul meu, care corespunde seriei - citrat, (cis-)aconitat, izocitrat, (alfa-)cetoglutarat, succinil-CoA, succinat, fumarat, malat, oxalacetat.

Există, de asemenea, următorul poem mnemonic (autorul său este asistent la Departamentul de Biochimie al KSMU E. V. Parshkova):

ştiucă la acetil lămâie nămol, dar nar cis cu o con Mi-a fost teamă că El era deasupra lui izolimon dar Alfa cetoglutar Vai. succinil Xia coenzima om, Chihlimbar nămol fumar ovo, Yabloch ek aprovizionat pentru iarnă, întors ştiucă o din nou.

(acid oxaloacetic, acid citric, acid cis-aconitic, acid izocitric, acid α-cetoglutaric, succinil-KoA, acid succinic, acid fumaric, acid malic, acid oxaloacetic).

O altă versiune a poeziei

Știuca a mâncat acetat, se dovedește că citratul prin cis-aconitat, vor fi hidrogeni izocitrat care au dat NAD, pierde CO 2, este foarte bucuros că vine oxidarea alfa-cetoglutaratului - NAD a furat hidrogen TDP, coenzima A ia CO 2 și energia abia a apărut în succinil imediat GTP s-a născut și a rămas succinat, acum a ajuns la FAD - a băut hidrogen fumarat de apă și s-a transformat în malat aici pentru a malat NAD a venit, hidrogenii dobândiți Pike a apărut din nou și s-a ascuns în liniște. ..

Note

Legături

• ciclul acidului tricarboxilic

Scurte informații istorice

Ciclul nostru preferat este CTC, sau Ciclul acizilor tricarboxilici - viața pe Pământ și sub Pământ și pe Pământ ... Oprește-te, dar în general acesta este cel mai uimitor mecanism - este universal, este prin oxidarea defalcării. produse din carbohidrați, grăsimi, proteine ​​din celulele organismelor vii, ca urmare obținem energie pentru activitatea corpului nostru.

Acest proces a fost descoperit chiar de Hans Krebs, pentru care a primit Premiul Nobel!

S-a născut în 25 august - 1900 în orașul german Hildesheim. A primit studii medicale de la Universitatea din Hamburg, a continuat cercetările biochimice sub îndrumarea lui Otto Warburg din Berlin.

În 1930, împreună cu un student, a descoperit procesul de neutralizare a amoniacului din organism, care a fost găsit la mulți reprezentanți ai lumii vii, inclusiv la oameni. Acest ciclu este ciclul ureei, cunoscut și sub numele de ciclul Krebs #1.

Când Hitler a venit la putere, Hans a emigrat în Marea Britanie, unde continuă să studieze știința la universitățile Cambridge și Sheffield. Dezvoltând cercetările biochimistului maghiar Albert Szent-Györgyi, el obține o perspectivă și realizează cel mai faimos ciclu Krebs nr. 2, sau cu alte cuvinte „ciclul Szent-Györgyi-Krebs” - 1937.

Rezultatele cercetării sunt trimise revistei „Nature”, care refuză să publice articolul. Apoi textul zboară către revista „Enzymologia” din Olanda. Krebs a primit în 1953 Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină.

Descoperirea a fost uimitoare: în 1935, Szent-Györgyi a descoperit că acizii succinic, oxaloacetic, fumaric și malic (toți cei 4 acizi sunt componente chimice naturale ale celulelor animale) îmbunătățesc procesul de oxidare în mușchiul pectoral al unui porumbel. Care a fost mărunțit.

În el, procesele metabolice se desfășoară cu cea mai mare viteză.

F. Knoop și K. Martius în 1937 au descoperit că acidul citric este transformat în acid izocitric printr-un produs intermediar, acidul cis - aconitic. În plus, acidul izocitric ar putea fi transformat în acid a-cetoglutaric, iar acel acid în acid succinic.

Krebs a observat efectul acizilor asupra absorbției de O2 de către mușchiul pectoral al porumbelului și a dezvăluit efectul lor de activare asupra oxidării PVC-ului și formării acetil-coenzimei A. În plus, procesele din mușchi au fost inhibate de acidul malonic. , care este similar cu acidul succinic și ar putea inhiba competitiv enzimele al căror substrat este acidul succinic .

Când Krebs a adăugat acid malonic în mediul de reacție, a început acumularea de acizi a-cetoglutaric, citric și succinic. Astfel, este clar că acțiunea comună a acizilor a-cetoglutaric, citric duce la formarea succinicului.

Hans a investigat peste 20 de substanțe, dar acestea nu au afectat oxidarea. Comparând datele obținute, Krebs a primit un ciclu. La început, cercetătorul nu a putut spune exact dacă procesul începe cu acid citric sau izocitric, așa că l-a numit „ciclul acidului tricarboxilic”.

Acum știm că primul este acidul citric, deci cel corect este ciclul citratului sau ciclul acidului citric.

La eucariote, reacțiile TCA au loc în mitocondrii, în timp ce toate enzimele pentru cataliză, cu excepția uneia, sunt conținute în stare liberă în matricea mitocondrială, cu excepția succinat dehidrogenazei, care este localizată pe membrana mitocondrială internă și este încorporată în bistratul lipidic. La procariote, reacțiile ciclului au loc în citoplasmă.

Să facem cunoștință cu participanții ciclului:

1) Acetil-coenzima A:
- Grupa acetil
- Coenzima A - Coenzima A:

2) PIE - Oxaloacetat - Acid oxalic-acetic:
deoarece este format din două părți: acid oxalic și acid acetic.

3-4) Acizi citric și izocitric:

5) acid a-cetoglutaric:

6) succinil-coenzima A:

7) Acid succinic:

8) Acid fumaric:

9) Acid malic:

Cum au loc reacțiile? În general, suntem cu toții obișnuiți cu aspectul inelului, care este prezentat mai jos în imagine. Totul este enumerat în etape de mai jos:

1. Condensarea acetil-coenzimei A și a acidului oxal-acetic ➙ acid citric.

Transformarea acetil-coenzimei A provine din condensarea cu acid oxalo-acetic, rezultând formarea acidului citric.

Reacția nu necesită consumul de ATP, deoarece energia pentru acest proces este furnizată ca urmare a hidrolizei legăturii tioeter cu acetil-coenzima A, care este macroergică:

2. Acidul citric trece prin acidul cis-aconitic în acidul izocitric.

Acidul citric este izomerizat în acid izocitric. Enzima de conversie - aconitaza - deshidratează mai întâi acidul citric pentru a forma acid cis-aconitic, apoi combină apa cu dubla legătură a metabolitului, formând acid izocitric:

3. Acidul izolicitric este dehidrogenat pentru a forma acid a-cetoglutaric și CO2.

Acidul izolicitric este oxidat de o dehidrogenază specifică, a cărei coenzimă este NAD.

Concomitent cu oxidarea, acidul izocitric este decarboxilat. Ca urmare a transformărilor, se formează acidul α-cetoglutaric.

4. Acidul alfa-cetoglutaric este deshidratat ➙ succinil-coenzima A și CO2.

Următorul pas este decarboxilarea oxidativă a acidului α-cetoglutaric.

Este catalizat de complexul de α-cetoglutarat dehidrogenază, care este similar ca mecanism, structură și acțiune cu complexul de piruvat dehidrogenază. Ca rezultat, se formează succinil-CoA.

5. Succinil-coenzima A ➙ acid succinic.

Succinil-CoA este hidrolizat la acid succinic liber, energia eliberată este stocată prin formarea de guanozin trifosfat. Această etapă este singura din ciclu în care energia este direct eliberată.

6. Acidul succinic este deshidratat ➙ fumaric.

Dehidrogenarea acidului succinic este accelerată de succinat dehidrogenază, coenzima sa este FAD.

7. Fumaric hidratat ➙ malic.

Acidul fumaric, care se formează în timpul dehidrogenării acidului succinic, este hidratat și se formează acidul malic.

8. Acidul malic este dehidrogenat ➙ Oxalic-Acetic - ciclul este închis.

Procesul final este dehidrogenarea acidului malic catalizat de malat dehidrogenaza;

Rezultatul etapei este un metabolit din care începe ciclul acizilor tricarboxilici - Acid Oxalic Acetic.

Într-o reacție a ciclului următor, va intra încă un ml de acetil-coenzima A.

Cum să-ți amintești acest ciclu? Doar!

1) Expresie foarte figurată:
Un ananas întreg și o felie de sufleu astăzi este de fapt prânzul meu, care corespunde cu citrat, cis-aconitat, izocitrat, (alfa-)cetoglutarat, succinil-CoA, succinat, fumarat, malat, oxalacetat.

2) O altă poezie lungă:

Știuca a mâncat acetat, se dovedește citrat,
Prin cisaconit va fi izocitrat.
Renunțând la hidrogen, pierde CO2,
Alfa-ketoglutaratul este extrem de fericit de acest lucru.
Vine oxidarea - NAD a furat hidrogen,
TDP, coenzima A ia CO2.
Și energia abia a apărut în succinil,
Imediat s-a născut ATP și a rămas succinatul.
Deci a ajuns la FAD - are nevoie de hidrogen,
Fumaratul a băut apă și s-a transformat în malat.
Apoi OVER a ajuns la malat, a dobândit hidrogen,
ŞIUCA a reapărut şi s-a ascuns în linişte.

3) Poezia originală este mai scurtă:

ACETIL LIMONIL DE SĂUUCA,
Dar lui Narcissus Horse îi era frică
El este deasupra lui ISOLIMONO
ALPHA - KETOGLUTARAL.
SUCINAT CU COENZIME,
AMBER FUMAROVO,
MERE în magazin pentru iarnă,
S-a transformat din nou într-o ȘUUCĂ.

Această cale metabolică poartă numele autorului care a descoperit-o - G. Krebs, care a primit (împreună cu F. Lipman) pentru această descoperire în 1953 Premiul Nobel. Ciclul acidului citric captează cea mai mare parte a energiei libere din descompunerea proteinelor, grăsimilor și carbohidraților din alimente. Ciclul Krebs este calea metabolică centrală.

Acetil-CoA format ca urmare a decarboxilării oxidative a piruvatului în matricea mitocondrială este inclus în lanțul reacțiilor succesive de oxidare. Există opt astfel de reacții.

Prima reacție - formarea acidului citric. Formarea citratului are loc prin condensarea reziduului de acetil al acetil-CoA cu oxalacetat (OA) folosind enzima citrat sintaza (cu participarea apei):

Această reacție este practic ireversibilă, deoarece legătura tioeterică bogată în energie a acetil~S-CoA se descompune.

A doua reacție - formarea acidului izocitric. Această reacție este catalizată de o enzimă care conține fier (Fe - non-hem) - aconitaza. Reacția trece prin etapa de formare cis-acidul aconitic (acidul citric suferă deshidratare pentru a se forma cis-acidul aconitic, care, prin atașarea unei molecule de apă, se transformă în acid izocitric).

A 3-a reacție - dehidrogenarea și decarboxilarea directă a acidului izocitric. Reacția este catalizată de enzima dependentă de NAD+ izocitrat dehidrogenaza. Enzima are nevoie de prezența ionilor de mangan (sau magneziu). Fiind prin natura sa o proteina alosterica, izocitrat dehidrogenaza are nevoie de un activator specific - ADP.

Reacția a 4-a - decarboxilarea oxidativă a acidului α-cetoglutaric. Procesul este catalizat de α-cetoglutarat dehidrogenază - un complex enzimatic similar ca structură și mecanism de acțiune cu complexul de piruvat dehidrogenază. Este format din aceleași coenzime: TPP, LA și FAD - coenzimele proprii ale complexului; KoA-SH și NAD+ sunt coenzime externe.

A 5-a reacție - fosforilarea substratului. Esența reacției este transferul unei energii bogate de legătură a succinil-CoA (compus macroergic) la PIB cu participarea acidului fosforic - în acest caz, se formează GTP, a cărui moleculă reacţionează refosforilare cu ADP se formează ATP.

Reacția a 6-a - dehidrogenarea acidului succinic cu succinat dehidrogenază. Enzima transferă direct hidrogenul de la substrat (succinat) la ubichinona membranei mitocondriale interioare. Succinat dehidrogenaza este complexul II al lanțului respirator mitocondrial. Coenzima din această reacție este FAD.

A 7-a reacție - formarea acidului malic de către enzima fumarază. Fumaraza (fumarat hidratază) hidratează acidul fumaric - acesta formează acid malic și L-forma, deoarece enzima este stereospecifica.

A 8-a reacție - formarea oxalacetatului. Reacția este catalizată malat dehidrogenază , a cărui coenzimă este PESTE + . Oxalacetatul format sub acțiunea enzimei este din nou inclus în ciclul Krebs și se repetă întregul proces ciclic.

Ultimele trei reacții sunt reversibile, dar întrucât NADH?H+ este preluat de lanțul respirator, echilibrul reacției se deplasează spre dreapta, adică. spre formarea oxalacetatului. După cum se poate observa, oxidarea completă, „combustia”, a moleculelor de acetil-CoA are loc într-un ciclu de ciclu. În timpul ciclului, se formează forme reduse de nicotinamidă și coenzime flavină, care sunt oxidate în lanțul respirator al mitocondriilor. Astfel, ciclul Krebs este strâns legat de procesul de respirație celulară.

Funcțiile ciclului acidului tricarboxilic sunt diverse:

· Integrativ - ciclul Krebs este calea metabolică centrală care combină procesele de degradare și sinteza celor mai importante componente ale celulei.

· Anabolic - substraturile ciclului sunt utilizate pentru sinteza multor alți compuși: oxalacetatul este utilizat pentru sinteza glucozei (gluconeogeneză) și sinteza acidului aspartic, acetil-CoA - pentru sinteza hemului, α-cetoglutaratul - pentru sinteza de acid glutamic, acetil-CoA - pentru sinteza acizilor grași, colesterolului, hormonilor steroizi, corpilor acetonici etc.

· catabolic - în acest ciclu, produșii de degradare ai glucozei, acizilor grași, aminoacizilor cetogeni își completează călătoria - toți se transformă în acetil-CoA; acid glutamic - la α-cetoglutaric; aspartic - la oxalacetat etc.

· De fapt energie - una dintre reacțiile de ciclu (degradarea succinil-CoA) este o reacție de fosforilare a substratului. În timpul acestei reacții, se formează o moleculă de GTP (reacția de refosforilare duce la formarea de ATP).

· Donator de hidrogen - cu participarea a trei dehidrogenaze dependente de NAD+ (izocitrat, α-cetoglutarat și malat dehidrogenaze) și succinat dehidrogenaze dependente de FAD, se formează 3 NADH?H+ și 1 FADH2. Aceste coenzime reduse sunt donatori de hidrogen pentru lanțul respirator mitocondrial, energia transferului de hidrogen este folosită pentru sinteza ATP.

· Anaplerotic - completarea. Cantități semnificative de substraturi ale ciclului Krebs sunt utilizate pentru sinteza diferiților compuși și părăsesc ciclul. Una dintre reacțiile care compensează aceste pierderi este reacția catalizată de piruvat carboxilază.

Viteza de reacție a ciclului Krebs este determinată de nevoile de energie ale celulei

Viteza reacțiilor ciclului Krebs se corelează cu intensitatea procesului de respirație tisulară și fosforilarea oxidativă asociată - controlul respirator. Toți metaboliții care reflectă furnizarea suficientă de energie a celulei sunt inhibitori ai ciclului Krebs. O creștere a raportului ATP / ADP este un indicator al aprovizionării suficiente cu energie a celulei și reduce activitatea ciclului. O creștere a raportului NAD + / NADH, FAD / FADH 2 indică o deficiență de energie și este un semnal al accelerării proceselor de oxidare în ciclul Krebs.

Acțiunea principală a regulatorilor vizează activitatea a trei enzime cheie: citrat sintetaza, izocitrat dehidrogenază și a-cetoglutarat dehidrogenază. Inhibitorii alosterici ai citrat sintazei sunt ATP, acizii grași. În unele celule, citratul și NADH joacă rolul inhibitorilor săi. Izocitrat dehidrogenaza este activată alosteric de ADP și inhibată de niveluri crescute de NADH+H+.

Orez. 5.15. Ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs)

Acesta din urmă este, de asemenea, un inhibitor al α-cetoglutarat dehidrogenazei, a cărei activitate scade, de asemenea, odată cu creșterea nivelului de succinil-CoA.

Activitatea ciclului Krebs depinde în mare măsură de disponibilitatea substraturilor. „Scurgerea” constantă a substraturilor din ciclu (de exemplu, în cazul otrăvirii cu amoniac) poate provoca perturbări semnificative în alimentarea cu energie a celulelor.

Calea pentozo-fosfatului de oxidare a glucozei servește sinteze reductive în celulă.

După cum sugerează și numele, fosfații de pentoză foarte necesari sunt produși în această cale. Deoarece formarea pentozelor este însoțită de oxidarea și eliminarea primului atom de carbon al glucozei, această cale este numită și apotomică (apex- sus).

Calea pentozei fosfat poate fi împărțită în două părți: oxidativă și neoxidativă. În partea oxidativă, care include trei reacții, se formează NADPH?H+ și ribuloză-5-fosfat. În partea neoxidativă, ribuloza-5-fosfatul este transformat în diverse monozaharide cu 3, 4, 5, 6, 7 și 8 atomi de carbon; produsele finale sunt fructoză-6-fosfat și 3-PHA.

· Parte oxidantă . Prima reacție-dehidrogenarea glucozo-6-fosfatului de către glucozo-6-fosfat dehidrogenazei cu formarea acidului δ-lactonă 6-fosfogluconic și NADPH?H+ (NADP+) - coenzima glucozo-6-fosfat dehidrogenaza).

A doua reacție- hidroliza 6-fosfogluconolactonei de către gluconolacton hidrolaza. Produsul de reacție este 6-fosfogluconat.

A treia reacție- dehidrogenarea și decarboxilarea 6-fosfogluconolactonei de către enzima 6-fosfogluconat dehidrogenază, a cărei coenzimă este NADP + . În timpul reacției, coenzima este redusă și glucoza C-1 este scindată pentru a forma ribuloză-5-fosfat.

· Piesa neoxidanta . Spre deosebire de prima, oxidativă, toate reacțiile acestei părți a căii pentozei fosfatului sunt reversibile (Fig. 5.16)

Fig. 5.16 Partea oxidativă a căii pentozei fosfat (varianta F)

Ribuloza-5-fosfatul poate izomeriza (enzima - cetoizomeraza ) în riboză-5-fosfat și se epimerizează (enzima - epimeraza ) la xiluloz-5-fosfat. Urmează două tipuri de reacții: transketolaza și transaldolaza.

Transketolaza(coenzima - tiamină pirofosfat) desparte un fragment cu doi atomi de carbon și îl transferă în alte zaharuri (vezi diagrama). Transaldolaza poartă fragmente cu trei atomi de carbon.

Riboza-5-fosfatul și xiluloza-5-fosfatul intră mai întâi în reacție. Aceasta este o reacție de transketolază: fragmentul 2C este transferat de la xiluloz-5-fosfat la riboză-5-fosfat.

Cei doi compuși rezultați reacționează apoi unul cu celălalt într-o reacție de transaldolază; în acest caz, ca urmare a transferului fragmentului 3C de la sedoheptuloză-7-fosfat la 3-PHA, se formează eritroză-4-fosfat și fructoză-6-fosfat. Aceasta este varianta F a căii pentoze-fosfatului. . Este caracteristic țesutului adipos.

Cu toate acestea, reacțiile pot merge și pe o cale diferită (Fig. 5.17), această cale este desemnată ca varianta L. Apare în ficat și în alte organe. În acest caz, în reacția transaldolazei se formează octuloză-1,8-difosfat.

Fig.5.17. Calea pentozo-fosfatului (apotomică) a metabolismului glucozei (octuloză sau varianta L)

Eritroza-4-fosfatul și fructoza-6-fosfatul pot intra într-o reacție de transketolază, care are ca rezultat formarea de fructoză-6-fosfat și 3-PHA.

Ecuația generală pentru părțile oxidative și neoxidative ale căii pentozei fosfatului poate fi reprezentată după cum urmează:

Glucoză-6-P + 7H20 + 12NADP + 5 Pentoză-5-P + 6C02 + 12 NADPHN + + Fn.

Acetil-SCoA format în reacția PVC-dehidrogenază intră apoi în ciclul acidului tricarboxilic(CTC, ciclul acidului citric, ciclul Krebs). Pe lângă piruvat, în ciclu sunt implicați acizii ceto, proveniți din catabolismul aminoacizilor sau a oricăror alte substanțe.

Ciclul acidului tricarboxilic

Ciclul rulează matricei mitocondriale si reprezinta oxidare molecule acetil-SCoAîn opt reacţii consecutive.

În prima reacție, se leagă acetilși oxalacetat(acid oxaloacetic) a forma citrat(acid citric), apoi acidul citric izomerizează la izocitratși două reacții de dehidrogenare cu eliberare concomitentă de CO2 și reducerea NAD.

În a cincea reacție, se formează GTP, aceasta este reacția fosforilarea substratului. Apoi, dehidrogenarea dependentă de FAD are loc secvenţial succinate(acid succinic), hidratare fumaric acid în sus malat(acid malic), apoi se formează dehidrogenare dependentă de NAD oxalacetat.

Ca urmare, după opt reacții ale ciclului din nou se formează oxaloacetat .

Ultimele trei reacții alcătuiesc așa-numitele motiv biochimic(Dehidrogenare dependentă de FAD, hidratare și dehidrogenare dependentă de NAD, este folosit pentru a introduce o grupare ceto în structura succinatului. Acest motiv este prezent și în reacțiile de β-oxidare a acizilor grași. În ordine inversă (reducere, de hidratare şi recuperare) acest motiv se observă în reacţiile de sinteză a acizilor graşi.

Funcții DTC

1. Energie

• generaţie atomi de hidrogen pentru funcționarea lanțului respirator, și anume trei molecule NADH și o moleculă FADH2,
• sinteza unei singure molecule GTP(echivalent cu ATP).

2. Anabolic. În CTC se formează

• precursorul hemului succinil-SCoA,
• cetoacizi care pot fi transformați în aminoacizi - α-cetoglutarat pentru acidul glutamic, oxalacetat pentru aspartic,
• acid de lamaie, folosit pentru sinteza acizilor grași,
• oxalacetat, folosit pentru sinteza glucozei.

Reacții anabolice ale TCA

Reglarea ciclului acidului tricarboxilic

Reglarea alosterică

Enzimele care catalizează prima, a treia și a patra reacție a TCA sunt sensibile la reglare alosterică metaboliți:

Reglarea disponibilității oxalacetatului

şefși principal regulatorul TCA este oxalacetatul, sau mai degrabă disponibilitatea acestuia. Prezența oxaloacetatului implică acetil-SCoA în ciclul TCA și începe procesul.

De obicei, celula are echilibruîntre formarea acetil-SCoA (din glucoză, acizi grași sau aminoacizi) și cantitatea de oxalacetat. Sursa de oxalacetat este

1)acid piruvic format din glucoză sau alanină,

Sinteza oxalacetatului din piruvat

Reglarea activității enzimelor piruvat carboxilază realizat cu participare acetil-SCoA. Este alosterică activator enzimă, iar fără ea, piruvat carboxilaza este practic inactivă. Când se acumulează acetil-SCoA, enzima începe să funcționeze și se formează oxalacetat, dar, desigur, numai în prezența piruvatului.

2) Sosire de la acid aspartic ca rezultat al transaminării sau din ciclul AMP-IMF,

3) Chitanță de la acizi din fructe ciclul în sine (chihlimbar, α-cetoglutaric, malic, citric) format în timpul catabolismului aminoacizilor sau în alte procese. Majoritate aminoaciziîn timpul catabolismului lor, ei sunt capabili să se transforme în metaboliți ai TCA, care apoi merg la oxaloacetat, care menține și activitatea ciclului.

Reumplerea pool-ului de metaboliți TCA din aminoacizi

Reacțiile de completare a ciclului cu noi metaboliți (oxaloacetat, citrat, α-cetoglutarat etc.) se numesc anaplerotic.

Rolul oxalacetatului în metabolism

Un exemplu de rol semnificativ oxalacetat serveşte la activarea sintezei corpilor cetonici şi cetoacidoza plasma sanguina la insuficient cantitatea de oxalacetat în ficat. Această condiție se observă în timpul decompensării diabetului zaharat insulino-dependent (diabet zaharat de tip 1) și în timpul înfometării. Cu aceste tulburări, procesul de gluconeogeneză este activat în ficat, adică. formarea glucozei din oxalacetat și alți metaboliți, ceea ce presupune o scădere a cantității de oxaloacetat. Activarea simultană a oxidării acizilor grași și acumularea de acetil-SCoA declanșează o cale de rezervă pentru utilizarea grupării acetil - sinteza corpurilor cetonici. În acest caz, organismul dezvoltă acidificarea sângelui ( cetoacidoza) cu un tablou clinic caracteristic: slăbiciune, cefalee, somnolență, scăderea tonusului muscular, temperatura corpului și tensiunea arterială.

Schimbarea vitezei reacțiilor TCA și motivele acumulării de corpi cetonici în anumite condiții

Metoda descrisă de reglare cu participarea oxaloacetatului este o ilustrare a frumoasei formulări " Grăsimile ard în flacăra carbohidraților„. Implică faptul că „flacăra care arde” a glucozei duce la apariția piruvatului, iar piruvatul este convertit nu numai în acetil-SCoA, ci și în oxalacetat. Prezența oxaloacetatului garantează includerea unei grupări acetil formate din acizi grași sub formă de acetil-SCoA, în prima reacție a TCA.

În cazul unei „arsuri” pe scară largă a acizilor grași, care se observă în mușchi în timpul munca fizica si in ficat post, rata de intrare a acetil-SCoA în reacția TCA va depinde direct de cantitatea de oxalacetat (sau glucoză oxidată).

Dacă cantitatea de oxalacetat în hepatocit nu este suficient (fără glucoză sau nu este oxidat la piruvat), atunci gruparea acetil va merge la sinteza corpilor cetonici. Acest lucru se întâmplă când post prelungitși diabet de tip 1.