Ahoj! Blíži sa leto, čo znamená, že biochémiu budú absolvovať všetci študenti druhého ročníka medicíny. Ťažká téma, naozaj. Aby som trochu pomohol tým, ktorí si opakujú materiál na skúšky, rozhodol som sa urobiť článok, v ktorom vám poviem o „zlatom prsteni“ biochémie – Krebsovom cykle. Nazýva sa tiež cyklus trikarboxylových kyselín a cyklus kyseliny citrónovej, to všetko sú synonymá.
Samotné reakcie vypíšem do . Teraz budem hovoriť o tom, prečo je Krebsov cyklus potrebný, kde sa odohráva a aké sú jeho vlastnosti. Dúfam, že to bude jasné a dostupné.
Najprv sa pozrime na to, čo je metabolizmus. Toto je základ, bez ktorého nie je možné pochopiť Krebsov cyklus.
Metabolizmus
Jednou z najdôležitejších vlastností živých vecí (pamätajte) je výmena látok s prostredím. Len živá bytosť totiž dokáže niečo z okolia absorbovať a potom do neho niečo vypustiť.
V biochémii sa metabolizmus zvyčajne nazýva „metabolizmus“. Metabolizmus, výmena energie s prostredím je metabolizmus.
Keď sme, povedzme, jedli kurací sendvič, dostali sme bielkoviny (kura) a sacharidy (chlieb). V procese trávenia sa bielkoviny rozkladajú na aminokyseliny a sacharidy na monosacharidy. To, čo som teraz opísal, sa nazýva katabolizmus, teda rozklad zložitých látok na jednoduchšie. Prvá časť metabolizmu je katabolizmus.
Ešte jeden príklad. Tkanivá v našom tele sa neustále obnovujú. Keď staré tkanivo odumiera, jeho fragmenty sú odobraté makrofágmi a sú nahradené novým tkanivom. Nové tkanivo sa vytvára procesom syntézy bielkovín z aminokyselín. Syntéza bielkovín prebieha v ribozómoch. Vytvorenie nového proteínu (komplexná látka) z aminokyselín (jednoduchá látka) je anabolizmus.
Takže anabolizmus je opakom katabolizmu. Katabolizmus je deštrukcia látok, anabolizmus je tvorba látok. Mimochodom, aby ste si ich neplietli, pamätajte na asociáciu: „Anaboliká. Krv a pot“. Toto je hollywoodsky film (podľa mňa celkom nudný) o športovcoch užívajúcich anabolické steroidy na rast svalov. Anaboliká - rast, syntéza. Katabolizmus je opačný proces.
Priesečník rozpadu a syntézy.
Krebsov cyklus ako štádium katabolizmu.
Ako súvisí metabolizmus a Krebsov cyklus? Faktom je, že Krebsov cyklus je jedným z najdôležitejších bodov, v ktorých sa zbiehajú cesty anabolizmu a katabolizmu. Toto je presne jeho význam.
Pozrime sa na to v diagramoch. Katabolizmus si možno zhruba predstaviť ako rozklad bielkovín, tukov a sacharidov v našom tráviacom systéme. Takže sme jedli jedlo vyrobené z bielkovín, tukov a sacharidov, čo ďalej?
- Tuky - na glycerol a mastné kyseliny (môžu existovať aj iné zložky, rozhodol som sa uviesť najjednoduchší príklad);
- Proteíny – na aminokyseliny;
- Polysacharidové molekuly sacharidov sú rozdelené na jednotlivé monosacharidy.
Ďalej, v cytoplazme bunky sa tieto jednoduché látky premenia na kyselina pyrohroznová(aka pyruvát). Z cytoplazmy sa kyselina pyrohroznová dostáva do mitochondrií, kde sa mení na acetyl koenzým A. Prosím, zapamätajte si tieto dve látky – pyruvát a acetyl CoA, sú veľmi dôležité.
Pozrime sa teraz, ako prebieha fáza, ktorú sme teraz opísali:
Dôležitý detail: aminokyseliny možno premeniť na acetyl CoA priamo, pričom sa obíde štádium kyseliny pyrohroznovej. Mastné kyseliny sa okamžite premieňajú na acetyl CoA. Zoberme si to do úvahy a upravme náš diagram tak, aby to bolo správne:
Transformácia jednoduchých látok na pyruvát prebieha v cytoplazme buniek. Potom pyruvát vstupuje do mitochondrií, kde sa úspešne premieňa na acetyl CoA.
Prečo sa pyruvát premieňa na acetyl CoA? Presne na spustenie nášho Krebsovho cyklu. V diagrame teda môžeme urobiť ešte jeden nápis a získame správnu postupnosť:
V dôsledku reakcií Krebsovho cyklu sa vytvárajú látky dôležité pre život, z ktorých hlavné sú:
- NADH(nikotín amid adenín dinukleotid + vodíkový katión) a FADH 2(Flavin Adenine DiNucleotid + molekula vodíka). Jednotlivé časti výrazov som špeciálne zvýraznil veľkými písmenami, aby sa to ľahšie čítalo, zvyčajne sa píšu ako jedno slovo. NADH a FADH 2 sa uvoľňujú počas Krebsovho cyklu, aby sa potom zúčastnili na prenose elektrónov do dýchacieho reťazca bunky. Inými slovami, tieto dve látky zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri bunkovom dýchaní.
- ATP to znamená adenozíntrifosfát. Táto látka má dve väzby, ktorých pretrhnutie poskytuje veľké množstvo energie. Táto energia poháňa mnoho životne dôležitých reakcií;
Uvoľňuje sa aj voda a oxid uhličitý. Premietnime to do nášho diagramu:
Mimochodom, celý Krebsov cyklus prebieha v mitochondriách. Tu prebieha prípravná fáza, teda premena pyruvátu na acetyl CoA. Nie nadarmo sa mitochondriám hovorí „energetická stanica bunky“.
Krebsov cyklus ako začiatok syntézy
Krebsov cyklus je úžasný, pretože nám poskytuje nielen cenný ATP (energiu) a koenzýmy pre bunkové dýchanie. Ak sa pozriete na predchádzajúci diagram, pochopíte, že Krebsov cyklus je pokračovaním katabolických procesov. Ale zároveň je to aj prvý krok anabolizmu. Ako je to možné? Ako môže ten istý cyklus zničiť aj vytvoriť?
Ukazuje sa, že jednotlivé reakčné produkty Krebsovho cyklu možno čiastočne využiť na syntézu nových komplexných látok v závislosti od potrieb organizmu. Napríklad glukoneogenéza je syntéza glukózy z jednoduchých látok, ktoré nie sú sacharidy.
- Reakcie Krebsovho cyklu sú kaskádovité. Vyskytujú sa jeden po druhom a každá predchádzajúca reakcia spúšťa nasledujúcu;
- Reakčné produkty Krebsovho cyklu sa čiastočne využívajú na spustenie následnej reakcie a čiastočne na syntézu nových komplexných látok.
Skúsme to premietnuť do diagramu tak, aby bol Krebsov cyklus určený presne ako priesečník rozpadu a syntézy.
Modrými šípkami som označil cesty anabolizmu, teda tvorby nových látok. Ako vidíte, Krebsov cyklus je skutočne priesečníkom mnohých procesov, deštrukcie aj stvorenia.
Najdôležitejšie
- Krebsov cyklus je krížovým bodom metabolických dráh. Končí katabolizmus (rozpad), začína anabolizmus (syntéza);
- Reakčné produkty Krebsovho cyklu sa čiastočne používajú na spustenie ďalšej reakcie cyklu a čiastočne sa posielajú na vytvorenie nových komplexných látok;
- Krebsov cyklus produkuje koenzýmy NADH a FADH 2, ktoré transportujú elektróny pre bunkové dýchanie, ako aj energiu vo forme ATP;
- Krebsov cyklus prebieha v mitochondriách buniek.
Nie každý z nás vie o takom fenoméne, akým je Krebsov cyklus. Čo to je? Zjednodušene možno tento jav charakterizovať ako chemické reakcie v ľudskom tele, v dôsledku ktorých vzniká adenozíntrifosfát.
Tento fenomén skúmal Hans Krebs, nemecký vedec v 30. rokoch 20. storočia. V tom čase on a jeho asistent študovali cirkuláciu močoviny. V období druhej svetovej vojny sa vedec presťahoval do Anglicka, kde jeho výskum ukázal, že niektoré kyseliny môžu katalyzovať procesy v ľudskom tele. Za tento výskum bol vedec ocenený Nobelovou cenou.
Čo je Krebsov cyklus?
Energia v ľudskom tele závisí od glukózy, látky nachádzajúcej sa v krvi. Na premenu glukózy na energiu obsahujú bunky tela mitochondrie. Keď prebehne celý proces transformácie, z glukózy sa vyrába látka nazývaná adenozíntrifosfát, skrátene ATP. ATP je hlavným zdrojom energie v ľudskom tele.
Štruktúra výslednej látky umožňuje jej integráciu do proteínu s cieľom poskytnúť potrebné množstvo energie ľudským orgánom a systémom. Samotná glukóza nemôže byť priamo premenená na ATP, takže tento proces vyžaduje zložité mechanizmy. Toto je presne mechanizmus, ktorým je Krebsov cyklus.
Ak si tento proces vysvetlíme jednoducho, môžeme povedať, že Krebsov cyklus je reťazec chemických reakcií, ktoré prebiehajú v našom tele, presnejšie v každej jeho bunke. Tento proces je cyklus a nazýva sa tak, pretože pokračuje donekonečna. Po dokončení Krebsovho cyklu je výslednou látkou adenozíntrifosfát. To je energetický základ pre fungovanie ľudského tela.
Tento cyklus sa inak nazýva bunkové dýchanie. Proces dostal svoje druhé meno kvôli skutočnosti, že všetky jeho fázy vyžadujú prítomnosť kyslíka. Počas tohto procesu sa produkujú aminokyseliny a sacharidy. Z toho môžeme usúdiť, že cyklus plní ďalšiu funkciu – konštrukciu.
Aby sa vyššie uvedený proces realizoval, musí mať ľudské telo dostatok mikroelementov, musí ich byť aspoň sto. Medzi potrebné zložky patria aj vitamíny. Ak nie je dostatok mikroelementov, aspoň jeden z nich chýba, potom cyklus nebude taký efektívny. A neefektívnosť Krebsovho cyklu vedie k narušeniu metabolizmu v tele.
Regulácia cyklu
Regulácia takého javu, akým je Krebsov cyklus, má veľký vplyv na fungovanie ľudského tela. Je dôležité, aby sa vedel prispôsobiť tomu, ako sa menia podmienky prostredia, ako aj to, ako sa menia fyziologické systémy. Existujú regulačné faktory, ktoré sú rozdelené do niekoľkých skupín:
- regulácia, ku ktorej dochádza pri substrátoch obsahujúcich uhlík, ako aj produktoch, ktoré sú medziproduktmi v samotnom cykle;
- reguláciu pomocou adenylnukleotidov, ktoré môžu byť koenzýmy aj produkty konečného procesu.
Na začiatku je potrebné pochopiť, aké funkcie majú produkty počas prechodu cyklu, ktoré sú stredné. Venujme pozornosť úlohe oxalacetátu. Ide o veľmi dôležitý prvok, pretože keď sa znížia jeho tkanivové zásoby, cyklus sa prestane opakovať.
To vyčerpáva veľmi dôležitý zdroj energie v tele a následky pre bunky sú strašné. Dôsledky sú tiež škodlivé, pretože nie je dostatok oxaloacetátu, ktorý je potrebný na to, aby acetyl-CoA pôsobil. Acetyl-CoA vzniká pri katabolizme sacharidov a tukov. V tomto prípade sa hromadia dvojuhlíkové fragmenty. Keď kondenzujú, nadbytočný acetoacetát sa hromadí v tkanivách. Okrem nej sa hromadia ďalšie podobné telá. Zároveň sa v ľudskom tele rozvíja ketóza, čo je patologický stav.
V každom prípade, keď sa tvorí acetyl-CoA a je ho veľa, nie je dostatok oxaloacetátu na jeho kondenzáciu. S každým z týchto cyklov nastáva ketóza. Zjednodušene môžeme povedať, že ketóza vyvoláva nedostatok oxaloacetátu, ak je jeho hladina nižšia ako množstvo acetyl-CoA.
Keď sa v tele objaví ketóza, dochádza k poruchám medzi procesmi oxidácie tukov a katabolizmom sacharidov. Tento jav je spôsobený skutočnosťou, že tento môže produkovať oxaloceát karboxyláciou pyruvátu. Táto reakcia podlieha procesu katalýzy. Je katalyzovaný v mitochondriách enzýmom biotín. Toto je hlavný mechanizmus, ktorým sa v tele vyrábajú sacharidy. To produkuje CO2, ktorý sa následne zúčastňuje Krebsovho cyklu. Poskytuje tiež proces glukoneogenézy s fragmentmi, ktoré obsahujú sacharidy.
Reakcie tohto cyklu vedú k tvorbe oxalacetátu. Jeho regulácia prebieha ako spätná väzba, a to je zabezpečené tým, že oxalacetát pôsobí ako kompetitívny inhibítor sukcinátdehydrogenázy. Enzým má v tomto cykle zároveň úlohu regulátora.
Aby sme to zhrnuli, treba povedať, že Krebsov cyklus je proces v bunkách tela, ktorý dokáže produkovať energiu pre svoje normálne fungovanie. Ak sa tento proces vyskytne nesprávne, vedie to k patologickému stavu a narušeniu metabolizmu v ľudskom tele.
Video
CYKLUS TRIKARBOXYLOVÝCH KYSELÍN (KREBSOV CYKLUS)
Cyklus trikarboxylovej kyseliny prvýkrát objavil anglický biochemik G. Krebs. Ako prvý postuloval dôležitosť tohto cyklu pre úplné spálenie pyruvátu, ktorého hlavným zdrojom je glykolytická premena sacharidy. Neskôr sa ukázalo, že cyklus trikarboxylovej kyseliny kyseliny je centrom, kde sa zbiehajú takmer všetky metabolické dráhy. teda Krebsov cyklus– spoločná konečná cesta oxidácia acetyl skupín (vo forme acetyl-CoA), na ktoré sa počas procesu premieňa katabolizmus najviac organické molekuly, ktorý hrá úlohu „bunkového palivo»: sacharidy, mastné kyseliny A aminokyseliny.
Vzniká v dôsledku oxidácie dekarboxylácia pyruvát v mitochondrie vstupuje acetyl-CoA Krebsov cyklus. Tento cyklus prebieha v matrici mitochondrie a skladá sa z ôsmich postupné reakcie(obr. 10.9). Cyklus začína pridaním acetyl-CoA k oxaloacetátu a tvorbou kyselina citrónová (citrát). Potom citrónová kyselina(šesťuhlíková zlúčenina) sériovo dehydrogenácie(brať preč vodík) a dve dekarboxylácie(eliminácia CO 2) stráca dva uhlíky atóm a znova dovnútra Krebsov cyklus sa mení na oxalacetát (štvoruhlíková zlúčenina), t.j. v dôsledku úplnej revolúcie cyklu molekula acetyl-CoA horí na CO 2 a H 2 O a molekula oxalacetát sa regeneruje. Pozrime sa na všetkých osem postupné reakcie(fázy) Krebsov cyklus.
Ryža. 10.9.Cyklus trikarboxylovej kyseliny (Krebsov cyklus).
najprv reakciu katalyzovaný enzým cit-potkan syntáza, pričom acetyl acetyl-CoA skupina kondenzuje s oxalacetátom, čo vedie k vzniku citrónová kyselina:
Zrejme v tomto reakcie ako medziprodukt vzniká spojený s enzým citril-CoA. Potom tento spontánne a nevratne hydrolyzuje za vzniku citrát a HS-CoA.
V dôsledku toho druhý reakcie tvorené citrónová kyselina podlieha dehydratácii za vzniku cis-akonitickej kyseliny, ktorý pridaním molekula voda, ide kyselina izocitrónová(izocitrát). Katalyzuje tieto reverzibilné reakcie hydratácia - dehydratácia enzým akonitáza hydratáza (akonitáza). V dôsledku toho dochádza k vzájomnému pohybu H a OH dovnútra molekula citrát:
Po tretie reakciu, zrejme obmedzuje rýchlosť Krebsov cyklus. Kyselina izocitrónová dehydrogenované v prítomnosti NAD-dependentnej izocitrátdehydrogenázy.
Počas izocitrátdehydrogenázy reakcie kyselina izocitrónová súčasne dekarboxylované. Izocitrátdehydrogenáza závislá od NAD je alosterická enzým, ktorá ako špecifická aktivátor nevyhnutné ADF. okrem toho enzým ukázať svoje činnosť potrebuje ióny Mg2+ alebo Mn2+.
Počas štvrtého reakcie dochádza k oxidačnej dekarboxylácii α-ketoglutarovej kyseliny s tvorbou vysokoenergetickej zlúčeniny sukcinyl-CoA. Mechanizmus tohto reakcie podobný tomu reakcie oxidačné dekarboxylácia pyruvát na acetyl-CoA, komplex α-ketoglutarátdehydrogenázy sa svojou štruktúrou podobá komplexu pyruvátdehydrogenázy. Ako v jednom, tak aj v inom prípade v reakcie 5 zúčastniť sa koenzýmy: TPP, amid kyselina lipoová HS-KoA, FAD a NAD+.
Po piate reakciu katalyzovaný enzým sukcinyl-CoA-syntetoy. Počas tohto reakcie sukcinyl-CoA za účasti GTP a anorganický fosfát mení sa v kyselina jantárová (sukcinát). Súčasne dochádza k tvorbe vysokoenergetickej fosfátovej väzby GTP v dôsledku vysokoenergetickej tioesterovej väzby sukcinyl-CoA:
V dôsledku toho šiesty reakcie sukcinát dehydrogenuje na kyselina fumarová. Oxidácia sukcinát katalyzovaný sukcinátdehydrogenáza, V molekula ktorý s proteín pevne (kovalentne) viazané koenzým FAD. Vo svojom poradí sukcinátdehydrogenáza silne spojené s vnútornou mitochondriou membrána:
Siedmy reakciu vykonávané pod vplyvom enzým fumarát hydratáza ( fumarázy). Výsledný kyselina fumarová hydratovaný produktom reakcie je Kyselina jablková(malát). Treba poznamenať, že fumarát hydratáza má stereošpecifickosť(pozri kapitolu 4) – počas reakcie Vzniká L-jablčná kyselina:
Napokon počas ôsmej reakcie cyklus trikarboxylovej kyseliny pod vplyvom mitochondriálnej NAD-dependentnej malátdehydrogenáza deje sa oxidácia L-malát na oxalacetát:
Ako je možné vidieť, počas jednej otáčky cyklu pozostávajúceho z ôsmich enzymatických reakcie, kompletné oxidácia(„spaľovanie“) jedného molekuly acetyl-CoA. Pre nepretržitú prevádzku cyklu je nevyhnutná stála dodávka acetyl-CoA do systému a koenzýmy(NAD + a FAD), ktoré prešli do redukovaného stavu, sa musia znova a znova oxidovať. Toto oxidácia vykonávané v transportnom systéme elektróny V dýchacieho reťazca(V dýchacie reťazce enzýmy), lokalizované v membrána mitochondrie. Výsledný FADH 2 je pevne viazaný na SDH, takže prenáša atómov vodík cez KoQ. Výsledkom je uvoľnenie oxidácia Energia acetyl-CoA je z veľkej časti koncentrovaná vo vysokoenergetických fosfátových väzbách ATP. Zo 4 para atómov vodík 3 páry preniesť NADH do dopravného systému elektróny; v rovnakom čase, za každú pár v biologickom systéme oxidácia 3 sa vytvorí molekuly ATP(v procese konjugácie ), a teda celkovo 9 molekuly ATP(pozri kapitolu 9). Jeden pár atómov z sukcinátdehydrogenázy-FADH 2 vstupuje do transportného systému elektróny cez KoQ, výsledkom čoho sú iba 2 molekuly ATP. Počas Krebsov cyklus jeden je tiež syntetizovaný molekula GTP (substrát fosforylácia), čo sa rovná jednej molekula ATP. Takže keď oxidácia jeden molekuly acetyl-CoA v Krebsov cyklus a systém Oxidačná fosforylácia môže vzniknúť 12 molekuly ATP.
Ak vypočítame celkový energetický efekt glykolytického štiepenia glukózy a následné oxidácia vznikli dva molekuly pyruvát na CO 2 a H 2 O, potom sa ukáže, že je oveľa väčší.
Ako bolo uvedené, jeden molekula NADH (3 molekuly ATP) vzniká pri oxidácii dekarboxylácia pyruvát na acetyl-CoA. Keď sa jeden rozdelí molekuly glukózy 2 sa vytvorí molekuly pyruvát a kedy oxidácia sú ich až 2 molekuly acetyl-CoA a následné 2 otáčky cyklus trikarboxylovej kyseliny syntetizované 30 molekuly ATP(preto, oxidácia molekuly pyruvát na C02 a H20 dáva 15 molekuly ATP). K tomuto množstvu je potrebné pripočítať 2 molekuly ATP, vznikajúce pri aeróbnom glykolýza a 6 molekuly ATP, syntetizované kvôli oxidácia 2 molekuly extramitochondriálne NADH, ktoré vznikajú počas oxidácia 2 molekuly glyceraldehyd-3-fosfát v dehydrogenáze reakcie glykolýza. Preto pri delení na tkaniny jeden molekuly glukózy podľa rovnice C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O sa syntetizuje 38 molekuly ATP. Niet pochýb o tom, že energeticky úplné rozdelenie glukózy je účinnejší proces ako anaeróbny glykolýza.
Je potrebné poznamenať, že výsledný glyceraldehyd-3-fosfát 2 molekuly NADH následne oxidácia nemôže dať 6 molekuly ATP, ale len 4. Faktom je, že oni sami molekuly extramitochondriálne NADH nie sú schopné preniknúť cez membrána vnútri mitochondrie. Čo však dávajú elektróny môžu byť zahrnuté do mitochondriálneho reťazca biologických oxidácia pomocou takzvaného glycerolfosfátového kyvadlového mechanizmu (obr. 10.10). Cytoplazmatický NADH najskôr reaguje s cytoplazmatickým di-hydroxyacetónfosfátom za vzniku glycerol-3-fosfátu. Reakcia katalytický
Ryža. 10.10. Glycerolfosfátový kyvadlový mechanizmus. Vysvetlenie v texte.
je riadená cytoplazmatickou glycerol-3-fosfátdehydrogenázou závislou od NAD:
Dihydroxyacetón fosfát + NADH + H +<=>Glycerol 3-fosfát + NAD + .
Výsledný glycerol-3-fosfát ľahko preniká do mitochondrií membrána. Vnútri mitochondrie iná (mitochondriálna) glycerol-3-fosfátdehydrogenáza (flavín enzým) opäť oxiduje glycerol-3-fosfát na dihydroxyacetónfosfát:
Glycerol-3-fosfát + FAD<=>Dihydroxyacetón fosfát + FADN 2.
Zrekonštruovaný flavoproteín(enzým-FADH 2) zavádza na úrovni ním získaného KoQ elektróny do biologického reťazca oxidácia a s tým spojené Oxidačná fosforylácia a vychádza dihydroxyacetónfosfát mitochondrie V cytoplazme a môže opäť interagovať s cytoplazmatickým NADH + H +. teda pár elektróny(od jedného molekuly cytoplazmatický NADH + H +), zavedený do dýchacieho reťazca pomocou glycerolfosfátového kyvadlového mechanizmu dáva nie 3, ale 2 ATP.
Ryža. 10.11. Malátno-aspartátový kyvadlový systém na prenos redukčných ekvivalentov z cytosolického NADH do mitochondriálnej matrice. Vysvetlenie v texte.
Následne sa ukázalo, že pomocou tohto kyvadlového mechanizmu len v kostrových svaloch a mozgu dochádza k prenosu redukovaných ekvivalentov z cytosolického NADH + H + do mitochondrie.
IN bunky pečeň obličky a srdce, funguje zložitejší kyvadlový systém malátu ako častice. Prevádzka takéhoto kyvadlového mechanizmu je možná vďaka prítomnosti malátdehydrogenáza a as-partátaminotransferázy v cytosóle aj v mitochondrie.
Zistilo sa, že redukované ekvivalenty z cytosolického NADH + H + sú najskôr za účasti enzým malátdehydrogenáza(obr. 10.11) sa prenesú do cytosolického oxalacetátu. V dôsledku toho vzniká malát, ktorý pomocou transportného systému dikarboxylové kyseliny, prechádza cez vnútorné membrána mitochondrie do matrice. Tu sa malát oxiduje na oxaloacetát a matrica NAD + sa redukuje na NADH + H +, ktorá teraz môže prenášať svoje elektróny V dýchacieho reťazca enzýmy, lokalizované na vnútornej strane membrána mitochondrie. Na druhej strane, výsledný oxalacetát v prítomnosti glutamátu a enzým ASAT vstupuje do reakciu transaminácia. Výsledný aspartát a α-ketoglutarát sú pomocou špeciálnych transportných systémov schopné prejsť cez membrána mitochondrie.
Transport v cytosóle regeneruje oxalacetát, ktorý spúšťa ďalší cyklus. Vo všeobecnosti je proces ľahko reverzibilný reakcie, prebieha bez spotreby energie, jeho „hnacia sila“ je konštantná zotavenie NAD + v cytosóle glyceraldehyd-3-fosfátom, vznikajúcim počas katabolizmus glukózy.
Takže, ak mechanizmus malát-aspartát funguje, potom v dôsledku úplného oxidácia jeden molekuly glukózy môže byť vytvorený nie 36, ale 38 molekuly ATP(Tabuľka 10.1).
V tabuľke 10.1 sú uvedené reakcie, pri ktorej dochádza k tvorbe vysokoenergetických fosfátových väzieb počas katabolizmus glukózy, čo naznačuje účinnosť procesu za aeróbnych a anaeróbnych podmienok
Ministerstvo školstva Ruskej federácie
Štátna technická univerzita v Samare
Katedra organickej chémie
Abstrakt na tému:
"CYKLUS TRIKARBOXYLOVÝCH KYSELÍN (KREBSOV CYKLUS)"
Ukončil študent: III – NTF – 11
Eroshkina N.V.
Skontroloval som.
Potom vstupuje acetyl-SCoA vytvorený v reakcii PVK dehydrogenázy cyklus trikarboxylovej kyseliny(cyklus TCA, cyklus kyseliny citrónovej, Krebsov cyklus). Okrem pyruvátu sa do cyklu zapájajú aj ketokyseliny pochádzajúce z katabolizmu aminokyseliny alebo akékoľvek iné látky.
Cyklus trikarboxylovej kyseliny
Cyklus pokračuje v mitochondriálna matrica a predstavuje oxidácia molekuly acetyl-SCoA v ôsmich po sebe nasledujúcich reakciách.
V prvej reakcii sa viažu acetyl A oxalacetát(kyselina oxaloctová). citrát(kyselina citrónová), potom dochádza k izomerizácii kyseliny citrónovej izocitrát a dve dehydrogenačné reakcie so súčasným uvoľňovaním CO2 a redukciou NAD.
V piatej reakcii vzniká GTP, to je reakcia fosforylácia substrátu. Ďalej postupne prebieha dehydrogenácia závislá od FAD sukcinát(kyselina jantárová), hydratácia fumarová kyslé do malátny(kyselina jablčná), potom NAD-závislá dehydrogenácia vedúca k tvorbe oxalacetát.
V dôsledku toho po ôsmich reakciách cyklu znova vzniká oxalacetát .
Posledné tri reakcie tvoria tzvbiochemický motív(dehydrogenácia závislá od FAD, hydratácia a dehydrogenácia závislá od NAD), používa sa na zavedenie ketoskupiny do sukcinátovej štruktúry. Tento motív je prítomný aj v β-oxidačných reakciách mastných kyselín. V opačnom poradí (obnovenie, de hydratácia a redukcia) tento motív sa pozoruje pri reakciách syntézy mastných kyselín.
Funkcie TsTK
1. Energia
- generácie atómy vodíka pre fungovanie dýchacieho reťazca, a to troch molekúl NADH a jednej molekuly FADH2,
- syntéza jednej molekuly GTF(ekvivalent ATP).
2. Anabolické. V TCC sa tvoria
- prekurzor hemu sukcinyl-SCoA,
- ketokyseliny, ktoré sa dajú premeniť na aminokyseliny - a-ketoglutarát pre kyselinu glutámovú, oxalacetát pre kyselinu asparágovú,
- citrónová kyselina používa sa na syntézu mastných kyselín,
- oxalacetát, ktorý sa používa na syntézu glukózy.
Anabolické reakcie cyklu TCA
Regulácia cyklu trikarboxylových kyselín
Alosterická regulácia
Enzýmy katalyzujúce 1., 3. a 4. reakciu cyklu TCA sú citlivé na alosterická regulácia metabolity:
Regulácia dostupnosti oxaloacetátu
Hlavná A Hlavná Regulátorom cyklu TCA je oxalacetát, respektíve jeho dostupnosť. Prítomnosť oxalacetátu rekrutuje acetyl-SCoA do cyklu TCA a spúšťa proces.
Zvyčajne má bunka rovnováhu medzi tvorbou acetyl-SCoA (z glukózy, mastných kyselín alebo aminokyselín) a množstvom oxaloacetátu. Zdrojom oxalacetátu je pyruvát, (vytvorené z glukózy alebo alanínu), získané z kyselina asparágová v dôsledku transaminácie alebo cyklu AMP-IMP a tiež z ovocné kyseliny samotného cyklu (jantárová, α-ketoglutarová, jablčná, citrónová), ktoré môžu vzniknúť pri katabolizme aminokyselín alebo pochádzať z iných procesov.
Syntéza oxalacetátu z pyruvátu
Regulácia aktivity enzýmov pyruvátkarboxyláza realizované za účasti acetyl-SCoA. Je alosterický aktivátor enzým a bez neho je pyruvátkarboxyláza prakticky neaktívna. Keď sa acetyl-SCoA nahromadí, enzým začne pôsobiť a vzniká oxalacetát, ale, samozrejme, len v prítomnosti pyruvátu.
Aj väčšina aminokyseliny pri svojom katabolizme sú schopné premeniť sa na metabolity cyklu TCA, ktoré potom prechádzajú na oxaloacetát, ktorý tiež udržiava aktivitu cyklu.
Doplnenie zásoby metabolitov cyklu TCA z aminokyselín
Reakcie doplnenia cyklu novými metabolitmi (oxalacetát, citrát, α-ketoglutarát a pod.) sú tzv. anaplerotický.
Úloha oxalacetátu v metabolizme
Príklad významnej úlohy oxalacetát slúži na aktiváciu syntézy ketolátok a ketoacidóza krvná plazma pri nedostatočné množstvo oxalacetátu v pečeni. Tento stav sa pozoruje počas dekompenzácie inzulín-dependentného diabetes mellitus (diabetes 1. typu) a počas hladovania. Pri týchto poruchách sa v pečeni aktivuje proces glukoneogenézy, t.j. tvorba glukózy z oxaloacetátu a iných metabolitov, čo má za následok zníženie množstva oxaloacetátu. Súčasná aktivácia oxidácie mastných kyselín a akumulácia acetyl-SCoA spúšťa záložnú dráhu pre využitie acetylovej skupiny - syntéza ketolátok. V tomto prípade sa v tele vyvíja okyslenie krvi ( ketoacidóza) s charakteristickým klinickým obrazom: slabosť, bolesť hlavy, ospalosť, znížený svalový tonus, telesná teplota a krvný tlak.
Zmeny v rýchlosti reakcií cyklu TCA a dôvody akumulácie ketolátok za určitých podmienok
Opísaný spôsob regulácie za účasti oxalacetátu je ilustráciou krásnej formulácie " Tuky horia v plameňoch sacharidov„Z toho vyplýva, že „plameň horenia“ glukózy vedie k vzniku pyruvátu a pyruvát sa premieňa nielen na acetyl-SCoA, ale aj na oxalacetát. Prítomnosť oxalacetátu zabezpečuje zahrnutie acetylovej skupiny vytvorenej z mastné kyselinyvo forme acetyl-SCoA, v prvej TCA reakcii.
V prípade rozsiahleho „spálenia“ mastných kyselín, ktoré je pozorované vo svaloch počas fyzická práca a v pečeni pôst rýchlosť vstupu acetyl-SCoA do reakcie cyklu TCA bude priamo závisieť od množstva oxaloacetátu (alebo oxidovanej glukózy).
Ak množstvo oxalacetátu v hepatocyt nestačí (nie je glukóza alebo nie je oxidovaná na pyruvát), potom acetylová skupina prejde na syntézu ketolátok. Toto sa stane, keď dlhý pôst A diabetes mellitus 1. typu.
Väčšina chemickej energie uhlíka sa uvoľňuje za aeróbnych podmienok za účasti kyslíka. Krebsov cyklus sa nazýva aj cyklus kyseliny citrónovej alebo bunkové dýchanie. Na dešifrovaní jednotlivých reakcií tohto procesu sa podieľali mnohí vedci: A. Szent-Gyorgyi, A. Leninger, H. Krebs, po ktorom je cyklus pomenovaný, S. E. Severin a ďalší.
Existuje úzky korelačný vzťah medzi anaeróbnym a aeróbnym rozkladom sacharidov. V prvom rade sa prejavuje v prítomnosti kyseliny pyrohroznovej, ktorá dokončuje anaeróbne štiepenie uhľohydrátov a začína bunkové dýchanie (Krebsov cyklus). Obe fázy sú katalyzované rovnakými enzýmami. Chemická energia sa uvoľňuje počas fosforylácie a ukladá sa vo forme makroergov ATP. Na chemických reakciách sa zúčastňujú rovnaké koenzýmy (NAD, NADP) a katióny. Rozdiely sú nasledovné: ak je anaeróbne štiepenie sacharidov prevažne lokalizované v hyaloplazme, tak reakcie bunkového dýchania prebiehajú hlavne v mitochondriách.
Za určitých podmienok sa pozoruje antagonizmus medzi oboma fázami. V prítomnosti kyslíka teda glykolýza prudko klesá (Pasteurov efekt). Produkty glykolýzy môžu inhibovať aeróbny metabolizmus sacharidov (Crabtreeov efekt).
Krebsov cyklus má množstvo chemických reakcií, v dôsledku ktorých sa produkty rozkladu uhľohydrátov oxidujú na oxid uhličitý a vodu a chemická energia sa akumuluje vo vysokoenergetických zlúčeninách. Počas tejto doby sa vytvorí „nosič“ - kyselina oxaloctová (OA). Následne dochádza ku kondenzácii s „nosičom“ aktivovaného zvyšku kyseliny octovej. Objaví sa kyselina trikarboxylová – kyselina citrónová. Počas chemických reakcií sa zvyšok kyseliny octovej „obráti“ v cykle. Z každej molekuly kyseliny pyrohroznovej sa vytvorí osemnásť molekúl kyseliny adenozíntrifosfátovej. Na konci cyklu sa uvoľní „nosič“, ktorý reaguje s novými molekulami aktivovaného zvyšku kyseliny octovej.
Krebsov cyklus: reakcie
Ak je konečným produktom anaeróbneho rozkladu uhľohydrátov kyselina mliečna, potom sa vplyvom laktátdehydrogenázy oxiduje na kyselinu pyrohroznovú. Časť molekúl kyseliny pyrohroznovej vstupuje do syntézy „nosiča“ alkalickej kyseliny pod vplyvom enzýmu pyruvátkarboxylázy a v prítomnosti iónov Mg2+. Niektoré z molekúl kyseliny pyrohroznovej sú zdrojom tvorby „aktívneho acetátu“ – acetylkoenzýmu A (acetyl-CoA). Reakcia sa uskutočňuje pod vplyvom pyruvátdehydrogenázy. Acetyl-CoA obsahuje asi 5-7% energie. Väčšina chemickej energie vzniká v dôsledku oxidácie „aktívneho acetátu“.
Pod vplyvom citrátsyntetázy začína fungovať samotný Krebsov cyklus, ktorý vedie k tvorbe kyseliny citrátovej. Táto kyselina sa vplyvom akonitáthydratázy dehydrogenuje a premení na kyselinu cis-akonitovú, z ktorej sa po pridaní molekuly vody stáva kyselina izocitrónová. Medzi tromi trikarboxylovými kyselinami sa vytvorí dynamická rovnováha.
Kyselina izocitrónová sa oxiduje na kyselinu oxalosukcínovú, ktorá sa dekarboxyluje a premení na kyselinu alfa-ketoglutarovú. Reakciu katalyzuje enzým izocitrátdehydrogenáza. Kyselina alfa-ketoglutarová je dekarboxylovaná vplyvom enzýmu 2-oxo-(alfa-keto)-glutarátdehydrogenázy, čo vedie k tvorbe sukcinyl-CoA obsahujúceho vysokoenergetickú väzbu.
V ďalšom štádiu sukcinyl-CoA pôsobením enzýmu sukcinyl-CoA syntetázy prenáša vysokoenergetickú väzbu na GDP (kyselina guanozíndifosfát). GTP (kyselina guanozíntrifosfátová) pod vplyvom enzýmu GTP-adenylátkinázy poskytuje vysokoenergetickú väzbu na AMP (kyselina adenozínmonofosfátová). Krebsov cyklus: vzorce - GTP + AMP - HDP + ADP.
Pod vplyvom enzýmu sukcinátdehydrogenáza (SDH) sa oxiduje na kyselinu fumarovú. Koenzýmom SDH je flavínadeníndinukleotid. Fumarát sa pod vplyvom enzýmu fumarát hydratázy premieňa na kyselinu jablčnú, ktorá sa zase oxiduje a vytvára AA. V prítomnosti acetyl-CoA v reakčnom systéme je do cyklu trikarboxylových kyselín opäť zahrnutá alkalická kyselina.
Z jednej molekuly glukózy sa teda vytvorí až 38 molekúl ATP (dve v dôsledku anaeróbnej glykolýzy, šesť v dôsledku oxidácie dvoch molekúl NAD·H+H+, ktoré vznikli počas glykolytickej oxidácie a 30 v dôsledku cyklu TCA) . Účinnosť TTC je 0,5. Zvyšok energie sa rozptýli ako teplo. V cykle TCA sa oxiduje 16-33 % kyseliny laktátovej, zvyšok jej hmoty sa využíva na resyntézu glykogénu.