¡Hola! Se acerca el verano, lo que significa que todos los estudiantes de segundo año de medicina cursarán bioquímica. Un tema difícil, por cierto. Para ayudar un poco a quienes repiten material para los exámenes, decidí escribir un artículo en el que les hablaré sobre el "anillo de oro" de la bioquímica: el ciclo de Krebs. También se le llama ciclo del ácido tricarboxílico y ciclo del ácido cítrico, todos estos son sinónimos.
Escribiré las reacciones mismas en . Ahora hablaré de por qué es necesario el ciclo de Krebs, dónde tiene lugar y cuáles son sus características. Espero que resulte claro y accesible.
Primero, veamos qué es el metabolismo. Esta es la base sin la cual es imposible comprender el ciclo de Krebs.
Metabolismo
Una de las propiedades más importantes de los seres vivos (recordemos) es el intercambio de sustancias con el medio ambiente. De hecho, sólo un ser vivo puede absorber algo del medio ambiente y luego liberarlo.
En bioquímica, el metabolismo suele denominarse "metabolismo". Metabolismo, el intercambio de energía con el medio ambiente es metabolismo.
Cuando, digamos, comimos un sándwich de pollo, recibimos proteínas (pollo) y carbohidratos (pan). Durante el proceso de digestión, las proteínas se descomponen en aminoácidos y los carbohidratos en monosacáridos. Lo que he descrito ahora se llama catabolismo, es decir, la descomposición de sustancias complejas en otras más simples. La primera parte del metabolismo es catabolismo.
Un ejemplo más. Los tejidos de nuestro cuerpo se renuevan constantemente. Cuando el tejido viejo muere, los macrófagos extraen sus fragmentos y los reemplazan por tejido nuevo. Se crea tejido nuevo mediante el proceso de síntesis de proteínas a partir de aminoácidos. La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas. Crear una nueva proteína (sustancia compleja) a partir de aminoácidos (sustancia simple) es anabolismo.
Entonces, el anabolismo es lo opuesto al catabolismo. El catabolismo es la destrucción de sustancias, el anabolismo es la creación de sustancias. Por cierto, para no confundirlos, recuerda la asociación: “Anabólicos. Sangre y sudor". Esta es una película de Hollywood (bastante aburrida, en mi opinión) sobre atletas que usan esteroides anabólicos para desarrollar músculos. Anabólicos: crecimiento, síntesis. El catabolismo es el proceso inverso.
El punto de intersección de la decadencia y la síntesis.
El ciclo de Krebs como etapa del catabolismo.
¿Cómo se relacionan el metabolismo y el ciclo de Krebs? El hecho es que el ciclo de Krebs es uno de los puntos más importantes en el que convergen los caminos del anabolismo y el catabolismo. Éste es precisamente su significado.
Miremos esto en diagramas. Se puede considerar el catabolismo como la descomposición de proteínas, grasas y carbohidratos en nuestro sistema digestivo. Entonces, comimos alimentos elaborados con proteínas, grasas y carbohidratos, ¿qué sigue?
- Grasas: en glicerol y ácidos grasos (puede haber otros componentes, decidí tomar el ejemplo más simple);
- Proteínas - en aminoácidos;
- Las moléculas de polisacáridos de los carbohidratos se dividen en monosacáridos individuales.
Además, en el citoplasma de la célula, estas sustancias simples se convertirán en ácido pirúvico(también conocido como piruvato). Desde el citoplasma, el ácido pirúvico ingresa a la mitocondria, donde se convierte en acetil coenzima A. Recuerde estas dos sustancias: piruvato y acetil CoA, son muy importantes.
Veamos ahora cómo se produce la etapa que ahora hemos descrito:
Un detalle importante: los aminoácidos se pueden convertir directamente en acetil CoA, sin pasar por la etapa del ácido pirúvico. Los ácidos grasos se convierten inmediatamente en acetil CoA. Tengamos esto en cuenta y editemos nuestro diagrama para hacerlo bien:
La transformación de sustancias simples en piruvato se produce en el citoplasma de las células. Después de esto, el piruvato ingresa a las mitocondrias, donde se convierte con éxito en acetil CoA.
¿Por qué el piruvato se convierte en acetil CoA? Precisamente para iniciar nuestro ciclo de Krebs. Así, podemos hacer una inscripción más en el diagrama y obtendremos la secuencia correcta:
Como resultado de las reacciones del ciclo de Krebs, se forman sustancias importantes para la vida, las principales de las cuales son:
- NADH(nicotina amida adenina dinucleótido + catión de hidrógeno) y FAD 2(Flavin Adenine DiNucleotide + molécula de hidrógeno). Destaqué específicamente las partes constituyentes de los términos en mayúsculas para que sea más fácil de leer; normalmente se escriben como una sola palabra. NADH y FADH 2 se liberan durante el ciclo de Krebs para luego participar en la transferencia de electrones hacia la cadena respiratoria de la célula. En otras palabras, estas dos sustancias desempeñan un papel fundamental en la respiración celular.
- atp, es decir, trifosfato de adenosina. Esta sustancia tiene dos enlaces, cuya ruptura proporciona una gran cantidad de energía. Esta energía impulsa muchas reacciones vitales;
También se libera agua y dióxido de carbono. Reflejemos esto en nuestro diagrama:
Por cierto, todo el ciclo de Krebs ocurre en las mitocondrias. Aquí tiene lugar la etapa preparatoria, es decir, la conversión del piruvato en acetil CoA. No en vano se llama a las mitocondrias la “estación de energía de la célula”.
El ciclo de Krebs como inicio de la síntesis.
El ciclo de Krebs es sorprendente porque no sólo nos proporciona valioso ATP (energía) y coenzimas para la respiración celular. Si observa el diagrama anterior, comprenderá que el ciclo de Krebs es una continuación de procesos catabólicos. Pero al mismo tiempo, también es el primer paso del anabolismo. ¿Cómo es esto posible? ¿Cómo puede un mismo ciclo destruir y crear al mismo tiempo?
Resulta que los productos de reacción individuales del ciclo de Krebs se pueden utilizar parcialmente para la síntesis de nuevas sustancias complejas, dependiendo de las necesidades del cuerpo. Por ejemplo, la gluconeogénesis es la síntesis de glucosa a partir de sustancias simples que no son carbohidratos.
- Las reacciones del ciclo de Krebs son en cascada. Ocurren una tras otra, y cada reacción anterior desencadena la siguiente;
- Los productos de reacción del ciclo de Krebs se utilizan en parte para iniciar la reacción posterior y en parte para la síntesis de nuevas sustancias complejas.
Intentemos reflejar esto en el diagrama para que el ciclo de Krebs se designe precisamente como el punto de intersección de la decadencia y la síntesis.
Marqué con flechas azules los caminos del anabolismo, es decir, la creación de nuevas sustancias. Como puedes ver, el ciclo de Krebs es verdaderamente el punto de intersección de muchos procesos, tanto de destrucción como de creación.
El más importante
- El ciclo de Krebs es un punto de cruce de vías metabólicas. Termina el catabolismo (decadencia), comienza el anabolismo (síntesis);
- Los productos de reacción del ciclo de Krebs se utilizan en parte para iniciar la siguiente reacción del ciclo y en parte se envían para crear nuevas sustancias complejas;
- El ciclo de Krebs produce las coenzimas NADH y FADH 2, que transportan electrones para la respiración celular, así como energía en forma de ATP;
- El ciclo de Krebs ocurre en las mitocondrias de las células.
No todos conocemos un fenómeno como el ciclo de Krebs. ¿Lo que es? En términos simples, este fenómeno se puede caracterizar como reacciones químicas en el cuerpo humano, como resultado de las cuales se produce trifosfato de adenosina.
Este fenómeno fue estudiado por Hans Krebs, un científico alemán en los años 30 del siglo XX. En ese momento, él y su asistente estudiaron la circulación de la urea. Durante la Segunda Guerra Mundial, el científico se mudó a vivir a Inglaterra, donde sus investigaciones demostraron que algunos ácidos pueden catalizar procesos en el cuerpo humano. Por esta investigación, el científico recibió el Premio Nobel.
¿Qué es el ciclo de Krebs?
La energía del cuerpo humano depende de la glucosa, una sustancia que se encuentra en la sangre. Para transformar la glucosa en energía, las células del cuerpo contienen mitocondrias. Cuando tiene lugar todo el proceso de transformación, a partir de la glucosa se produce una sustancia llamada trifosfato de adenosina, abreviada como ATP. El ATP es la principal fuente de energía del cuerpo humano.
La estructura de la sustancia resultante permite integrarla en proteínas para proporcionar la cantidad necesaria de energía a los órganos y sistemas humanos. La glucosa en sí no se puede convertir directamente en ATP, por lo que este proceso requiere mecanismos complejos. Este es exactamente el mecanismo que es el ciclo de Krebs.
Si explicamos este proceso en términos sencillos, podemos decir que el ciclo de Krebs es una cadena de reacciones químicas que ocurren en nuestro organismo, más precisamente en cada una de sus células. Este proceso es un ciclo y se llama así porque continúa sin fin. Cuando se completa el ciclo de Krebs, la sustancia resultante es trifosfato de adenosina. Esta es la base energética para el funcionamiento del cuerpo humano.
Este ciclo también se llama respiración celular. El proceso recibió su segundo nombre debido a que todas sus etapas requieren la presencia de oxígeno. Durante este proceso se producen aminoácidos y carbohidratos. De esto podemos juzgar que el ciclo realiza otra función: la construcción.
Para que se lleve a cabo el proceso anterior, el cuerpo humano debe tener suficientes microelementos, debe haber al menos cien. Los componentes necesarios también incluyen vitaminas. Si no hay suficientes microelementos, falta al menos uno de ellos, entonces el ciclo no será tan efectivo. Y la ineficiencia del ciclo de Krebs conduce a una alteración del metabolismo en el cuerpo.
Regulación del ciclo
La regulación de un fenómeno como el ciclo de Krebs tiene una gran influencia en el funcionamiento del cuerpo humano. Es importante para que pueda adaptarse a cómo cambian las condiciones ambientales, así como a cómo cambian los sistemas fisiológicos. Existen factores regulatorios, que se dividen en varios grupos:
- regulación que se produce con sustratos que contienen carbono, así como productos que son intermedios en el propio ciclo;
- regulación con la ayuda de nucleótidos de adenilo, que pueden ser tanto coenzimas como productos del proceso final.
Al principio es necesario entender cuáles son las funciones de los productos durante el paso del ciclo, cuáles son intermedias. Prestemos atención al papel del oxaloacetato. Este es un elemento muy importante, porque cuando sus reservas tisulares disminuyen, el ciclo deja de repetirse.
Esto agota la muy importante fuente de energía del cuerpo y las consecuencias para las células son nefastas. Las consecuencias también son perjudiciales porque no hay suficiente oxalacetato, necesario para que actúe la acetil-CoA. El acetil-CoA se forma durante el catabolismo de los carbohidratos y las grasas. En este caso se acumulan fragmentos de dos carbonos. Cuando se condensan, el exceso de acetoacetato se acumula en los tejidos. Además de él, se acumulan otros cuerpos similares. Al mismo tiempo, se desarrolla cetosis en el cuerpo humano, que es una condición patológica.
En cada caso, cuando se forma acetil-CoA, y hay mucha, no hay suficiente oxaloacetato para condensarla. Con cada uno de estos ciclos se produce cetosis. En términos simples, podemos decir que la cetosis provoca una falta de oxalacetato si su nivel es inferior a la cantidad de acetil-CoA.
Cuando se produce cetosis en el cuerpo, se producen alteraciones entre los procesos de oxidación de grasas y el catabolismo de carbohidratos. Este fenómeno se debe a que este último puede producir oxaloceato por carboxilación del piruvato. Esta reacción sufre un proceso de catálisis. Está catalizado en las mitocondrias por la enzima biotina. Este es el principal mecanismo por el cual se producen los carbohidratos en el cuerpo. Esto produce CO2, que posteriormente participa en el ciclo de Krebs. También aporta al proceso de gluconeogénesis fragmentos que contienen carbohidratos.
Las reacciones de este ciclo conducen a la formación de oxalacetato. Su regulación se produce como un circuito de retroalimentación, y esto está garantizado por el hecho de que el oxalacetato actúa como un inhibidor competitivo de la succinato deshidrogenasa. Al mismo tiempo, la enzima tiene el papel de regulador en este ciclo.
A modo de resumen, cabe decir que el ciclo de Krebs es un proceso en las células del cuerpo que pueden producir energía para su normal funcionamiento. Si este proceso ocurre incorrectamente, conduce a una condición patológica y a un metabolismo alterado en el cuerpo humano.
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CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS (CICLO DE KREBS)
ciclo del ácido tricarboxílico Fue descubierto por primera vez por el bioquímico inglés G. Krebs. Fue el primero en postular la importancia de este ciclo para la combustión completa del piruvato, cuya principal fuente es la transformación glucolítica. carbohidratos. Posteriormente se demostró que el ciclo del ácido tricarboxílico ácidos Es el centro donde convergen casi todas las vías metabólicas. De este modo, ciclo de Krebs– camino final común oxidación acetilo grupos (en forma de acetil-CoA) en los que se convierte durante el proceso catabolismo más orgánico moléculas, desempeñando el papel de “celular combustible»: carbohidratos, ácidos grasos Y aminoácidos.
Formado como resultado de oxidación. descarboxilación piruvato en mitocondrias entra acetil-CoA ciclo de Krebs. Este ciclo ocurre en la matriz. mitocondrias y consta de ocho reacciones sucesivas(Figura 10.9). El ciclo comienza con la adición de acetil-CoA al oxalacetato y la formación ácido cítrico (citrato). Entonces ácido de limón(compuesto de seis carbonos) por serie deshidrogenaciones(quitando hidrógeno) y dos descarboxilaciones(eliminación de CO 2) pierde dos carbonos átomo y otra vez en ciclo de Krebs se convierte en oxaloacetato (un compuesto de cuatro carbonos), es decir como resultado de una revolución completa del ciclo uno molécula acetil-CoA se quema a CO 2 y H 2 O, y molécula El oxaloacetato se regenera. Veamos los ocho reacciones sucesivas(etapas) ciclo de Krebs.
Arroz. 10.9.ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs).
Primero reacción catalizado enzima citr-rata sintasa, mientras que acetilo El grupo acetil-CoA se condensa con oxalacetato, dando como resultado la formación. ácido de limón:
Al parecer, en este reacciones como producto intermedio se forma asociado con enzima citrilo-CoA. Luego, este último se hidroliza espontánea e irreversiblemente para formar citrato y HS-CoA.
Como resultado, la segunda reacciones formado ácido de limón sufre deshidratación para formar cis-aconítico ácidos, que, añadiendo molécula agua, va a ácido isocítrico(isocitrato). Cataliza estos reversibles. reacciones hidratación-deshidratación enzima aconitato hidratasa (aconitasa). Como resultado, hay un movimiento mutuo de H y OH en molécula citrato:
Tercero reacción, aparentemente limita la velocidad ciclo de Krebs. ácido isocítrico deshidrogenado en presencia de isocitrato deshidrogenasa dependiente de NAD.
Durante la isocitrato deshidrogenasa reacciones ácido isocítrico simultáneamente descarboxilados. La isocitrato deshidrogenasa dependiente de NAD es alostérica enzima, que como específico activador necesario AAD. Además, enzima para mostrar tu actividad necesita iones Mg2+ o Mn2+.
Durante el cuarto reacciones Se produce la descarboxilación oxidativa del α-cetoglutárico. ácidos con la formación del compuesto de alta energía succinil-CoA. El mecanismo de este reacciones Parecido a eso reacciones oxidativo descarboxilación piruvato a acetil-CoA, el complejo α-cetoglutarato deshidrogenasa se parece al complejo de piruvato deshidrogenasa en su estructura. Tanto en uno como en otro caso en reacciones 5 participan coenzimas: TPP, amida ácido lipoico, HS-KoA, FAD y NAD+.
Quinto reacción catalizado enzima succinil-CoA-sintetazoy. Durante esto reacciones succinil-CoA con la participación de GTP y fosfato inorgánico se convierte en ácido succínico (succinar). Al mismo tiempo, la formación de un enlace fosfato de alta energía de GTP se produce debido al enlace tioéster de alta energía de la succinil-CoA:
Como resultado, el sexto reacciones succinar se deshidrogena en ácido fumárico. Oxidación succinar catalizado succinato deshidrogenasa, V. molécula con el cual proteína fuertemente unido (covalentemente) coenzima MODA. A su momento succinato deshidrogenasa fuertemente conectado con la mitocondrial interna. membrana:
Séptimo reacción llevado a cabo bajo la influencia enzima fumarato hidratasa ( fumarasas). La resultante ácido fumárico hidratado por producto reacciones es ácido de manzana(malato). Cabe señalar que la fumarato hidratasa tiene estereoespecificidad(ver capítulo 4) – durante reacciones Se forma L-málico ácido:
Finalmente, durante el octavo reacciones ciclo del ácido tricarboxílico bajo la influencia de NAD mitocondrial dependiente malato deshidrogenasa está sucediendo oxidación L-malato a oxaloacetato:
Como puede verse, durante una revolución de un ciclo que consta de ocho enzimas reacciones, completo oxidación(“combustión”) de uno moléculas acetil-CoA. Para el funcionamiento continuo del ciclo, es necesario un suministro constante de acetil-CoA al sistema, y coenzimas(NAD + y FAD), que han pasado a un estado reducido, deben oxidarse una y otra vez. Este oxidación llevado a cabo en el sistema transportador electrones V cadena respiratoria(V cadenas respiratorias enzimas), localizado en membrana mitocondrias. El FADH 2 resultante está estrechamente unido a SDH, por lo que transmite átomos hidrógeno vía KoQ. Liberado como resultado oxidación La energía del acetil-CoA se concentra en gran medida en enlaces fosfato de alta energía. atp. de 4 vapor átomos hidrógeno 3 parejas transferir NADH al sistema de transporte electrones; al mismo tiempo, por cada una pareja en el sistema biológico oxidación 3 se forma moléculas atp(en el proceso de conjugar ), por lo que en total 9 moléculas atp(ver capítulo 9). Uno par átomos de la succinato deshidrogenasa-FADH 2 ingresa al sistema de transporte electrones a través de KoQ, lo que resulta en solo 2 moléculas atp. Durante ciclo de Krebs uno también es sintetizado molécula GTP (sustrato fosforilación), que equivale a uno molécula atp. Así que cuando oxidación uno moléculas acetil-CoA en ciclo de Krebs y sistema fosforilación oxidativa puede formar 12 moléculas atp.
Si calculamos el efecto energético total de la escisión glicolítica glucosa y posterior oxidación dos formados moléculas piruvato a CO 2 y H 2 O, entonces resultará mucho más grande.
Como se señaló, uno molécula NADH (3 moléculas atp) se forma durante la oxidación descarboxilación piruvato a acetil-CoA. Cuando uno se divide moléculas glucosa 2 está formado moléculas piruvato y cuando oxidación hay hasta 2 de ellos moléculas acetil-CoA y 2 vueltas posteriores ciclo del ácido tricarboxílico sintetizado 30 moléculas atp(por eso, oxidación moléculas piruvato a CO 2 y H 2 O da 15 moléculas atp). A esta cantidad hay que sumarle 2 moléculas atp, formado durante el ejercicio aeróbico glucólisis y 6 moléculas atp, sintetizado debido a oxidación 2 moléculas NADH extramitocondrial, que se forma durante oxidación 2 moléculas gliceraldehído-3-fosfato en la deshidrogenasa reacciones glucólisis. Por lo tanto, al dividirse en telas uno moléculas glucosa según la ecuación C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, se sintetiza 38 moléculas atp. No hay duda de que, energéticamente, la escisión completa glucosa Es un proceso más eficiente que el anaeróbico. glucólisis.
Cabe señalar que el gliceraldehído-3-fosfato 2 resultante moléculas NADH posteriormente oxidación puede que no dé 6 moléculas atp, pero solo 4. El caso es que ellos mismos moléculas El NADH extramitocondrial no puede atravesar membrana adentro mitocondrias. Sin embargo, lo que dan electrones puede incluirse en la cadena mitocondrial de biología oxidación utilizando el llamado mecanismo lanzadera de glicerol fosfato (Fig. 10.10). El NADH citoplasmático reacciona primero con el fosfato de dihidroxiacetona citoplasmático para formar glicerol-3-fosfato. Reacción catalítico
Arroz. 10.10. Mecanismo lanzadera de glicerol fosfato. Explicación en el texto.
está controlado por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa citoplasmática dependiente de NAD:
Fosfato de dihidroxiacetona + NADH + H +<=>Glicerol 3-fosfato + NAD + .
El glicerol-3-fosfato resultante penetra fácilmente en el tejido mitocondrial. membrana. Adentro mitocondrias otra (mitocondrial) glicerol-3-fosfato deshidrogenasa (flavina enzima) vuelve a oxidar glicerol-3-fosfato a dihidroxiacetona fosfato:
Glicerol-3-fosfato + FAD<=>Fosfato de dihidroxiacetona + RICA 2.
Renovar flavoproteína(enzima-FADH 2) se introduce al nivel de KoQ adquirido por él electrones en la cadena biológica oxidación y asociado con ello fosforilación oxidativa, y el fosfato de dihidroxiacetona sale de mitocondrias V citoplasma y puede volver a interactuar con NADH + H + citoplasmático. De este modo, par electrones(de uno moléculas NADH + H + citoplasmático), introducido en cadena respiratoria utilizando el mecanismo de lanzadera de glicerol fosfato, no se obtiene 3, sino 2 atp.
Arroz. 10.11. Sistema lanzadera malato-aspartato para la transferencia de equivalentes reductores del NADH citosólico a la matriz mitocondrial. Explicación en el texto.
Posteriormente, se demostró que con la ayuda de este mecanismo de lanzadera, solo en los músculos esqueléticos y el cerebro se produce la transferencia de equivalentes reducidos del NADH + H + citosólico a mitocondrias.
EN células hígado, riñones y corazón, funciona un sistema lanzadera de malato como partato más complejo. El funcionamiento de dicho mecanismo de lanzadera es posible gracias a la presencia malato deshidrogenasa y aspartato aminotransferasas tanto en el citosol como en mitocondrias.
Se ha establecido que los equivalentes reducidos del NADH + H + citosólico son los primeros con la participación de enzima malato deshidrogenasa(Fig. 10.11) se transfieren al oxalacetato citosólico. Como resultado, se forma malato que, con la ayuda de un sistema de transporte ácidos dicarboxílicos, pasa por el interior membrana mitocondrias en la matriz. Aquí el malato se oxida a oxaloacetato y la matriz NAD+ se reduce a NADH+H+, que ahora puede transferir su electrones V cadena respiratoria enzimas, localizado en el interior membrana mitocondrias. A su vez, el oxaloacetato resultante en presencia de glutamato y enzima ASAT entra en reacción transaminación. El aspartato y el α-cetoglutarato resultantes, con la ayuda de sistemas de transporte especiales, pueden pasar membrana mitocondrias.
El transporte en el citosol regenera el oxaloacetato, que desencadena el siguiente ciclo. En general, el proceso implica fácilmente reversible. reacciones, ocurre sin consumo de energía, su “fuerza motriz” es constante recuperación NAD + en el citosol por gliceraldehído-3-fosfato, formado durante catabolismo glucosa.
Entonces, si el mecanismo malato-aspartato funciona, entonces, como resultado de una completa oxidación uno moléculas glucosa pueden formarse no 36, sino 38 moléculas atp(Tabla 10.1).
En mesa 10.1 se dan reacciones, en el que la formación de enlaces fosfato de alta energía se produce durante catabolismo glucosa, indicando la eficiencia del proceso en condiciones aeróbicas y anaeróbicas.
Ministerio de Educación de la Federación de Rusia
Universidad Técnica Estatal de Samara
Departamento de Química Orgánica
Resumen sobre el tema:
"CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS (CICLO DE KREBS)"
Completado por el estudiante: III – NTF – 11
Eroshkina N.V.
Lo comprobé.
El acetil-SCoA formado en la reacción de la PVK deshidrogenasa luego ingresa ciclo del ácido tricarboxílico(Ciclo TCA, ciclo del ácido cítrico, ciclo de Krebs). Además del piruvato, en el ciclo intervienen los cetoácidos procedentes del catabolismo. aminoácidos o cualquier otra sustancia.
ciclo del ácido tricarboxílico
El ciclo continúa en matriz mitocondrial y representa oxidación moléculas acetil-SCoA en ocho reacciones consecutivas.
En la primera reacción se unen acetilo Y oxaloacetato(ácido oxalacético) para formar citrato(ácido cítrico), luego se produce la isomerización del ácido cítrico para isocitrato y dos reacciones de deshidrogenación con liberación concomitante de CO 2 y reducción de NAD.
En la quinta reacción se forma GTP, esta es la reacción fosforilación del sustrato. A continuación, la deshidrogenación dependiente de FAD ocurre secuencialmente. succinar(ácido succínico), hidratación fumarovaácido para malato(ácido málico), luego la deshidrogenación dependiente de NAD que resulta en la formación oxaloacetato.
Como resultado, después de ocho reacciones del ciclo. de nuevo se forma oxaloacetato .
Las últimas tres reacciones constituyen las llamadasmotivo bioquímico(deshidrogenación dependiente de FAD, hidratación y deshidrogenación dependiente de NAD), se utiliza para introducir un grupo ceto en la estructura del succinato. Este motivo también está presente en reacciones de β-oxidación de ácidos grasos. En orden inverso (recuperación, Delaware hidratación y reducción) este motivo se observa en reacciones de síntesis de ácidos grasos.
Funciones del TsTK
1. Energía
- generación átomos de hidrógeno para el funcionamiento de la cadena respiratoria, a saber, tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2,
- síntesis de una sola molécula GTF(equivalente al ATP).
2. Anabólico. En el TCC se forman
- precursor del hemo succinil-SCoA,
- cetoácidos que se pueden convertir en aminoácidos - α-cetoglutarato para el ácido glutámico, oxaloacetato para el ácido aspártico,
- ácido de limón, utilizado para la síntesis de ácidos grasos,
- oxaloacetato, utilizado para la síntesis de glucosa.
Reacciones anabólicas del ciclo del TCA.
Regulación del ciclo del ácido tricarboxílico.
Regulación alostérica
Las enzimas que catalizan la primera, tercera y cuarta reacciones del ciclo del TCA son sensibles a regulación alostérica metabolitos:
Regulación de la disponibilidad de oxaloacetato.
Principal Y principal El regulador del ciclo del TCA es el oxalacetato, o más bien su disponibilidad. La presencia de oxaloacetato recluta acetil-SCoA en el ciclo del TCA e inicia el proceso.
Generalmente la celda tiene balance entre la formación de acetil-SCoA (a partir de glucosa, ácidos grasos o aminoácidos) y la cantidad de oxalacetato. La fuente de oxaloacetato es piruvato, (formado a partir de glucosa o alanina), obtenido de ácido aspártico como resultado de la transaminación o del ciclo AMP-IMP, y también de ácidos de frutas propio ciclo (succínico, α-cetoglutárico, málico, cítrico), que pueden formarse durante el catabolismo de los aminoácidos o provenir de otros procesos.
Síntesis de oxaloacetato a partir de piruvato.
Regulación de la actividad enzimática. piruvato carboxilasa realizado con la participación acetil-SCoA. es alosterico activador enzima, y sin ella la piruvato carboxilasa es prácticamente inactiva. Cuando se acumula acetil-SCoA, la enzima comienza a actuar y se forma oxalacetato, pero, por supuesto, sólo en presencia de piruvato.
También la mayoría aminoácidos durante su catabolismo, son capaces de transformarse en metabolitos del ciclo del TCA, que luego pasan a oxaloacetato, que también mantiene la actividad del ciclo.
Reposición del conjunto de metabolitos del ciclo del TCA a partir de aminoácidos
Las reacciones de reposición del ciclo con nuevos metabolitos (oxalacetato, citrato, α-cetoglutarato, etc.) se denominan anaplerótico.
El papel del oxaloacetato en el metabolismo.
Un ejemplo de un papel importante oxaloacetato sirve para activar la síntesis de cuerpos cetónicos y cetoacidosis plasma sanguíneo en insuficiente cantidad de oxaloacetato en el hígado. Esta condición se observa durante la descompensación de la diabetes mellitus insulinodependiente (diabetes tipo 1) y durante el ayuno. En estos trastornos, el proceso de gluconeogénesis se activa en el hígado, es decir, la formación de glucosa a partir de oxalacetato y otros metabolitos, lo que conlleva una disminución de la cantidad de oxaloacetato. La activación simultánea de la oxidación de los ácidos grasos y la acumulación de acetil-SCoA desencadena una vía de respaldo para la utilización del grupo acetilo. síntesis de cuerpos cetónicos. En este caso, se desarrolla acidificación de la sangre en el cuerpo ( cetoacidosis) con un cuadro clínico característico: debilidad, dolor de cabeza, somnolencia, disminución del tono muscular, temperatura corporal y presión arterial.
Cambios en la velocidad de las reacciones del ciclo del TCA y las razones de la acumulación de cuerpos cetónicos en determinadas condiciones.
El método de regulación descrito con la participación de oxalacetato es un ejemplo de la hermosa formulación " Las grasas se queman en las llamas de los carbohidratos."Esto implica que la "llama de combustión" de la glucosa conduce a la aparición de piruvato, y el piruvato se convierte no sólo en acetil-SCoA, sino también en oxaloacetato. La presencia de oxalacetato asegura la inclusión del grupo acetilo formado a partir de ácidos grasosen forma de acetil-SCoA, en la primera reacción del TCA.
En el caso de la "combustión" a gran escala de ácidos grasos, que se observa en los músculos durante trabajo físico y en el hígado ayuno, la velocidad de entrada de acetil-SCoA en la reacción del ciclo del TCA dependerá directamente de la cantidad de oxaloacetato (o glucosa oxidada).
Si la cantidad de oxalacetato en hepatocito no es suficiente (no hay glucosa o no se oxida a piruvato), entonces el grupo acetilo irá a la síntesis de cuerpos cetónicos. Esto sucede cuando ayuno largo Y diabetes mellitus tipo 1.
La mayor parte de la energía química del carbono se libera en condiciones aeróbicas con la participación de oxígeno. El ciclo de Krebs también se llama ciclo del ácido cítrico o respiración celular. En el descifrado de las reacciones individuales de este proceso participaron muchos científicos: A. Szent-Gyorgyi, A. Leninger, H. Krebs, que da nombre al ciclo, S. E. Severin y otros.
Existe una estrecha relación correlativa entre la descomposición anaeróbica y aeróbica de los carbohidratos. En primer lugar, se expresa en presencia de ácido pirúvico, que completa la descomposición anaeróbica de los carbohidratos y comienza la respiración celular (ciclo de Krebs). Ambas fases están catalizadas por las mismas enzimas. La energía química se libera durante la fosforilación y se almacena en forma de macroergios de ATP. En las reacciones químicas participan las mismas coenzimas (NAD, NADP) y cationes. Las diferencias son las siguientes: si la descomposición anaeróbica de los carbohidratos se localiza predominantemente en el hialoplasma, las reacciones de la respiración celular tienen lugar principalmente en las mitocondrias.
En algunas condiciones se observa antagonismo entre ambas fases. Así, en presencia de oxígeno, la glucólisis disminuye drásticamente (efecto Pasteur). Los productos de glucólisis pueden inhibir el metabolismo aeróbico de los carbohidratos (efecto Crabtree).
El ciclo de Krebs tiene una serie de reacciones químicas, como resultado de las cuales los productos de descomposición de los carbohidratos se oxidan a dióxido de carbono y agua, y la energía química se acumula en compuestos de alta energía. Durante este tiempo, se forma un "portador": el ácido oxaloacético (OA). Posteriormente se produce la condensación con el “portador” del residuo de ácido acético activado. Aparece ácido tricarboxílico (ácido cítrico). Durante las reacciones químicas, el residuo de ácido acético "da vuelta" en el ciclo. A partir de cada molécula de ácido pirúvico se forman dieciocho moléculas de ácido adenosín trifosfato. Al final del ciclo, se libera el "portador", que reacciona con nuevas moléculas del residuo de ácido acético activado.
Ciclo de Krebs: reacciones
Si el producto final de la descomposición anaeróbica de los carbohidratos es el ácido láctico, entonces, bajo la influencia de la lactato deshidrogenasa, se oxida a ácido pirúvico. Parte de las moléculas de ácido pirúvico se destina a la síntesis del "portador" de ácido alcalino bajo la influencia de la enzima piruvato carboxilasa y en presencia de iones Mg2 +. Algunas de las moléculas de ácido pirúvico son la fuente de formación del "acetato activo": acetil coenzima A (acetil-CoA). La reacción se lleva a cabo bajo la influencia de la piruvato deshidrogenasa. El acetil-CoA contiene alrededor del 5-7% de la energía. La mayor parte de la energía química se genera como resultado de la oxidación del "acetato activo".
Bajo la influencia de la citrato sintetasa, el ciclo de Krebs comienza a funcionar, lo que conduce a la formación de ácido citrato. Este ácido, bajo la influencia de la aconitato hidratasa, se deshidrogena y se convierte en ácido cis-aconítico que, después de agregar una molécula de agua, se convierte en ácido isocítrico. Se establece un equilibrio dinámico entre los tres ácidos tricarboxílicos.
El ácido isocítrico se oxida a ácido oxalosuccínico, que se descarboxila y se convierte en ácido alfa-cetoglutárico. La reacción es catalizada por la enzima isocitrato deshidrogenasa. El ácido alfa-cetoglutárico se descarboxila bajo la influencia de la enzima 2-oxo-(alfa-ceto)-glutarato deshidrogenasa, lo que da como resultado la formación de succinil-CoA que contiene un enlace de alta energía.
En la siguiente etapa, la succinil-CoA, bajo la acción de la enzima succinil-CoA sintetasa, transfiere el enlace de alta energía al GDP (ácido guanosina difosfato). El GTP (ácido guanosín trifosfato), bajo la influencia de la enzima GTP-adenilato quinasa, proporciona un enlace de alta energía al AMP (ácido adenosín monofosfato). Ciclo de Krebs: fórmulas - GTP + AMP - PIB + ADP.
Bajo la influencia de la enzima succinato deshidrogenasa (SDH), se oxida a ácido fumárico. La coenzima de la SDH es el dinucleótido de flavina adenina. El fumarato, bajo la influencia de la enzima fumarato hidratasa, se convierte en ácido málico, que a su vez se oxida formando AA. En presencia de acetil-CoA en el sistema de reacción, el ácido alcalino vuelve a incluirse en el ciclo del ácido tricarboxílico.
Así, a partir de una molécula de glucosa se forman hasta 38 moléculas de ATP (dos debido a la glucólisis anaeróbica, seis como resultado de la oxidación de dos moléculas de NAD·H+H+ que se formaron durante la oxidación glucolítica y 30 debido al ciclo del TCA). . La eficiencia del TTC es 0,5. El resto de la energía se disipa en forma de calor. En el ciclo del TCA, se oxida entre el 16 y el 33% del ácido lactato, el resto de su masa se utiliza para la resíntesis de glucógeno.