Ciklus trikarboksilne kiseline

ciklus trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus, citratni ciklus) je središnji dio općeg puta katabolizma, cikličkog biohemijskog aerobnog procesa tokom kojeg se jedinjenja sa dva i tri ugljika pretvaraju, koja nastaju kao međuprodukti u živim organizmima tokom razgradnje ugljikohidrata, masti i proteina, u CO. 2. U ovom slučaju, oslobođeni vodik se šalje u lanac disanja tkiva, gdje se dalje oksidira u vodu, direktno sudjelujući u sintezi univerzalnog izvora energije - ATP-a.

Krebsov ciklus je ključni korak u disanju svih ćelija koje koriste kiseonik, raskrsnica mnogih metaboličkih puteva u telu. Pored značajne energetske uloge, ciklusu se pripisuje i značajna plastična funkcija, odnosno važan je izvor molekula prekursora, iz kojih se, u toku drugih biohemijskih transformacija, nastaju tako važna jedinjenja za život ćelije kao što su aminokiseline. sintetiziraju se ugljikohidrati, masne kiseline itd.

Funkcije

1. Integrativna funkcija- ciklus je veza između reakcija anabolizma i katabolizma.
2. kataboličku funkciju- transformacija različitih supstanci u ciklusne supstrate:
   • Masne kiseline, piruvat, Leu, Phen - Acetil-CoA.
   • Arg, His, Glu - α-ketoglutarat.
   • Fen za kosu, streljana - fumarat.
3. Anabolička funkcija- korištenje ciklusnih supstrata za sintezu organskih tvari:
   • Oksalacetat - glukoza, Asp, Asn.
   • Sukcinil-CoA - sinteza hema.
   • CO 2 - reakcije karboksilacije.
4. Funkcija donora vodika- Krebsov ciklus opskrbljuje protone mitohondrijskom respiratornom lancu u obliku tri NADH.H + i jednog FADH 2 .
5. energetska funkcija- 3 NADH.H + daje 7,5 mol ATP-a, 1 FADH 2 daje 1,5 mol ATP-a u respiratornom lancu. Osim toga, 1 GTP se sintetiše u ciklusu fosforilacijom supstrata, a zatim se iz njega sintetiše ATP kroz transfosforilaciju: GTP + ADP = ATP + GDP.

Mnemonička pravila

Za lakše pamćenje kiselina uključenih u Krebsov ciklus, postoji mnemoničko pravilo:

Cijeli ananas i kriška suflea danas je zapravo moj ručak, koji odgovara nizu - citrat, (cis-) akonitat, izocitrat, (alfa-) ketoglutarat, sukcinil-CoA, sukcinat, fumarat, malat, oksaloacetat.

Tu je i sljedeća mnemonička pjesma (njen autor je asistent na Odsjeku za biohemiju KSMU E. V. Parshkova):

štuka u acetilu limun mulj, ali nar cis With a con Plašio sam se da je bio iznad njega isolimon ali Alfa ketoglutar avaj. Sukcinil Xia koenzim om, Amber mulj fumar ovo, Yabloch ek se spremio za zimu, okrenuo se štuka oh opet.

(oksalosirćetna kiselina, limunska kiselina, cis-akonitna kiselina, izocitritna kiselina, α-ketoglutarna kiselina, sukcinil-KoA, jantarna kiselina, fumarna kiselina, jabučna kiselina, oksalosirćetna kiselina).

Druga verzija pesme

Štuka je pojela acetat, ispada citrat preko cis-akonitata, bit će izocitratni vodonici dajući NAD, gubi CO 2, ovo je neizmjerno drago što dolazi alfa-ketoglutaratna oksidacija - NAD je ukrao vodonik TDP, koenzim uzima CO 2 i energiju jedva pojavio se u sukcinilu odmah GTP se rodio i ostao sukcinat, sada je stigao do FAD-a - pio je vodu fumarat, i pretvorio se u malat ovdje da bi malat došao NAD, vodonik stečen Pike se ponovo pojavio i tiho se sakrio Gledajući za acetat...

Bilješke

Linkovi

• ciklus trikarboksilne kiseline

ciklus trikarboksilne kiseline

CIKLUS CIRKOKSIČNE KISELINE - ciklus limunske kiseline ili Krebsov ciklus - put oksidativnih transformacija di- i trikarboksilnih kiselina, koje nastaju kao međuprodukti pri razgradnji i sintezi proteina, masti i ugljikohidrata, široko je zastupljen u organizmima životinje, biljke i mikrobi. Otkrili H. Krebs i W. Johnson (1937). Ovaj ciklus je osnova metabolizma i obavlja dvije važne funkcije - snabdijevanje tijela energijom i integraciju svih glavnih metaboličkih tokova, kako kataboličkih (biorazgradnja) tako i anaboličkih (biosinteza).

Krebsov ciklus se sastoji od 8 faza (međuproizvodi su istaknuti u dvije faze na dijagramu), tokom kojih se događa sljedeće:

1) potpuna oksidacija acetilnog ostatka na dva CO2 molekula,

2) formiraju se tri molekula reduciranog nikotinamid adenin dinukleotida (NADH) i jedan redukovani flavin adenin dinukleotid (FADH2), koji je glavni izvor energije proizvedene u ciklusu i

3) jedna molekula gvanozin trifosfata (GTP) nastaje kao rezultat takozvane oksidacije supstrata.

Općenito, put je energetski povoljan (DG0 "= -14,8 kcal.)

Krebsov ciklus, lokaliziran u mitohondrijima, počinje limunskom kiselinom (citratom) i završava stvaranjem oksaloacetatne kiseline (oksaloacetat - OA). Supstrati ciklusa uključuju trikarboksilne kiseline - limunsku, cis-akonitnu, izocitričnu, oksalosukcinsku (oksalosukcinat) i dikarboksilnu kiselinu - 2-ketoglutarnu (KG), jantarnu, fumarnu, jabučnu (malatnu) i oksalosirćetnu kiselinu. Supstrati Krebsovog ciklusa treba da uključuju i octenu kiselinu, koja u svom aktivnom obliku (tj. u obliku acetil koenzima A, acetil-SCoA) sudjeluje u kondenzaciji sa oksalosirćetnom kiselinom, što dovodi do stvaranja limunske kiseline. To je acetilni ostatak koji ulazi u strukturu limunske kiseline koja se oksidira i podvrgava oksidaciji; atomi ugljika se oksidiraju u CO2, atome vodika djelimično prihvataju koenzimi dehidrogenaza, dijelom u protoniranom obliku prelaze u otopinu, odnosno u okolinu.

Kao polazno jedinjenje za formiranje acetil-CoA obično se navodi pirogrožđana kiselina (piruvat), koja nastaje tokom glikolize i zauzima jedno od centralnih mesta u ukrštanju metaboličkih puteva. Pod uticajem enzima složene strukture - piruvat dehidrogenaze (EC1.2.4.1 - PDGas), piruvat se oksidira u CO2 (prva dekarboksilacija), acetil-CoA i NAD se redukuju (vidi dijagram). Međutim, oksidacija piruvata daleko je od jedinog načina za stvaranje acetil-CoA, koji je također karakterističan proizvod oksidacije masnih kiselina (enzim tiolaza ili sintetaza masnih kiselina) i drugih reakcija razgradnje ugljikohidrata i aminokiselina. Svi enzimi uključeni u reakcije Krebsovog ciklusa lokalizirani su u mitohondrijima, a većina ih je rastvorljiva, a sukcinat dehidrogenaza (EC1.3.99.1) je snažno povezana sa membranskim strukturama.

Formiranje limunske kiseline, čijom sintezom počinje sam ciklus, uz pomoć citrat sintaze (EC4.1.3.7 - kondenzacijski enzim u shemi), je endergonska reakcija (sa apsorpcijom energije), i njena implementacija je moguće zbog upotrebe energetski bogate veze acetilnog ostatka sa KoA [CH3CO~SKOA]. Ovo je glavna faza regulacije čitavog ciklusa. Nakon toga slijedi izomerizacija limunske kiseline u izolitričnu kiselinu kroz međufazu formiranja cisakonitne kiseline (enzim akonitaza KF4.2.1.3, ima apsolutnu stereospecifičnost – osjetljivost na lokaciju vodonika). Produkt dalje konverzije izocitritne kiseline pod uticajem odgovarajuće dehidrogenaze (izocitrat dehidrogenaze EC1.1.1.41) je, po svemu sudeći, oksalojantarna kiselina, čija dekarboksilacija (drugi molekul CO2) dovodi do CH. Ova faza je također visoko regulirana. CH dehidrogenaza (EC1.2.4.2) po nizu karakteristika (visoka molekularna težina, složena višekomponentna struktura, stepenaste reakcije, djelimično isti koenzimi, itd.) liči na PDGas. Produkti reakcije su CO2 (treća dekarboksilacija), H+ i sukcinil-CoA. U ovoj fazi se aktivira sukcinil-CoA sintetaza, inače nazvana sukcinatetiokinaza (EC6.2.1.4), katalizujući reverzibilnu reakciju stvaranja slobodnog sukcinata: Sukcinil-CoA + Phneorg + GDP = Sukcinat + KoA + GTP. Tokom ove reakcije vrši se takozvana fosforilacija supstrata, tj. stvaranje energetski bogatog gvanozin trifosfata (GTP) zbog guanozin difosfata (GDP) i mineralnog fosfata (Pneorg) koristeći energiju sukcinil-CoA. Nakon stvaranja sukcinata, u djelovanje stupa sukcinat dehidrogenaza (EC1.3.99.1), flavoprotein koji dovodi do fumarne kiseline. FAD je povezan s proteinskim dijelom enzima i metabolički je aktivan oblik riboflavina (vitamin B2). Ovaj enzim takođe karakteriše apsolutna stereospecifičnost eliminacije vodonika. Fumaraza (EC4.2.1.2) osigurava ravnotežu između fumarne kiseline i jabučne kiseline (takođe stereospecifična), a dehidrogenaza jabučne kiseline (malat dehidrogenaza EC1.1.1.37, kojoj je potreban NAD + koenzim, također je stereospecifična) dovodi do završetka Krebsovog ciklusa, odnosno do stvaranja oksalosirćetne kiseline. Nakon toga se ponavlja reakcija kondenzacije oksalooctene kiseline sa acetil-CoA, što dovodi do stvaranja limunske kiseline i ciklus se nastavlja.

Sukcinat dehidrogenaza je dio složenijeg kompleksa sukcinat dehidrogenaze (kompleks II) respiratornog lanca, opskrbljujući redukcijske ekvivalente (NAD-H2) formirane tokom reakcije u respiratorni lanac.

Na primeru PDGase može se upoznati sa principom kaskadne regulacije metaboličke aktivnosti usled fosforilacije-defosforilacije odgovarajućeg enzima specijalnom PDGase kinazom i fosfatazom. Oba su povezana na PDGase.

ciklus trikarboksilne kiseline

Pretpostavlja se da se kataliza pojedinačnih enzimskih reakcija odvija kao dio supramolekularnog "superkompleksa", takozvanog "metabolona". Prednosti ovakve organizacije enzima su u tome što nema difuzije kofaktora (koenzima i metalnih jona) i supstrata, a to doprinosi efikasnijem ciklusu.

Energetska efikasnost razmatranih procesa je niska, međutim, 3 mola NADH i 1 mol FADH2 koji nastaju tokom oksidacije piruvata i naknadnih reakcija Krebsovog ciklusa su važni produkti oksidativnih transformacija. Njihovu dalju oksidaciju provode enzimi respiratornog lanca također u mitohondrijima i povezana je s fosforilacijom, tj. stvaranje ATP-a zbog esterifikacije (formiranje organofosfornih estera) mineralnog fosfata. Glikoliza, enzimsko djelovanje PDGaze i Krebsov ciklus – ukupno 19 reakcija – određuju potpunu oksidaciju jedne molekule glukoze u 6 molekula CO2 uz formiranje 38 molekula ATP – te razmjene „energetske valute“ ćelije. Proces oksidacije NADH i FADH2 enzimima respiratornog lanca energetski je veoma efikasan, odvija se upotrebom atmosferskog kiseonika, dovodi do stvaranja vode i služi kao glavni izvor energetskih resursa ćelije (više od 90%). Međutim, enzimi Krebsovog ciklusa nisu uključeni u njegovu direktnu implementaciju. Svaka ljudska ćelija ima od 100 do 1000 mitohondrija koji obezbeđuju energiju za život.

Integrirajuća funkcija Krebsovog ciklusa u metabolizmu temelji se na činjenici da se ugljikohidrati, masti i aminokiseline iz proteina u konačnici mogu pretvoriti u intermedijere (intermedijerne spojeve) ovog ciklusa ili sintetizirati iz njih. Uklanjanje intermedijara iz ciklusa tokom anabolizma mora se kombinovati sa nastavkom kataboličke aktivnosti ciklusa za konstantno stvaranje ATP-a, koji je neophodan za biosintezu. Dakle, petlja mora obavljati dvije funkcije u isto vrijeme. U tom slučaju može doći do smanjenja koncentracije međuproizvoda (posebno OA), što može dovesti do opasnog smanjenja proizvodnje energije. Za prevenciju se koriste "sigurnosni ventili" koji se nazivaju anaplerotične reakcije (od grčkog "puniti"). Najvažnija reakcija je sinteza OA iz piruvata, koju provodi piruvat karboksilaza (EC6.4.1.1), također lokalizirana u mitohondrijima. Kao rezultat toga, akumulira se velika količina OA, koja osigurava sintezu citrata i drugih intermedijara, što omogućava normalno funkcioniranje Krebsovog ciklusa i istovremeno osigurava izlučivanje intermedijara u citoplazmu za kasniju biosintezu. Dakle, na nivou Krebsovog ciklusa dolazi do efektivno koordinisane integracije procesa anabolizma i katabolizma pod uticajem brojnih i suptilnih regulatornih mehanizama, uključujući i hormonske.

U anaerobnim uslovima, umesto Krebsovog ciklusa, njegova oksidativna grana funkcioniše do KG (reakcije 1, 2, 3) i redukciona grana, od OA do sukcinata (reakcije 8®7®6). U isto vrijeme, mnogo energije se ne skladišti i ciklus daje samo intermedijere za ćelijsku sintezu.

Kada tijelo prijeđe iz mirovanja u aktivnost, postoji potreba za mobilizacijom energije i metaboličkih procesa. To se posebno postiže kod životinja ranžiranjem najsporijih reakcija (1-3) i preferencijalnom oksidacijom sukcinata. U ovom slučaju, CG, početni supstrat skraćenog Krebsovog ciklusa, nastaje u reakciji brze transaminacije (transfer aminske grupe)

Glutamat + OA = KG + aspartat

Druga modifikacija Krebsovog ciklusa (tzv. 4-aminobutiratni šant) je pretvaranje CG u sukcinat kroz glutamat, 4-aminobutirat i sukcinski semaldehid (3-formilpropionska kiselina). Ova modifikacija je važna u moždanom tkivu, gdje se oko 10% glukoze razgrađuje ovim putem.

Bliska povezanost Krebsovog ciklusa sa respiratornim lancem, posebno u životinjskim mitohondrijama, kao i inhibicija većine enzima ciklusa pod dejstvom ATP-a, predodređuju smanjenje aktivnosti ciklusa pri visokom fosforilnom potencijalu ćelije, tj. pri visokom omjeru koncentracija ATP/ADP. U većini biljaka, bakterija i mnogih gljiva, blisko spajanje je prevaziđeno razvojem nekonjugiranih alternativnih puteva oksidacije, koji omogućavaju održavanje i respiratorne i ciklusne aktivnosti na visokom nivou čak i pri visokom fosforilnom potencijalu.

Igor Rapanovich

ciklus trikarboksilne kiseline

prethodni

← 1 2 3 sljedeća

Književnost

Strayer L. Biochemistry. Per. sa engleskog. M., Mir, 1985

Bohinski R. Moderni pogledi u biohemiju. Prevod s engleskog, M., Mir, 1987

Knorre D.G., Myzina S.D. Biološka hemija. M., Viša škola, 2003

Kolman J., Rem K.-G. Vizuelna biohemija. M., Mir, 2004

Svima je poznato da je za pravilno funkcioniranje tijelu potreban redovan unos niza nutrijenata koji su potrebni za zdrav metabolizam i, shodno tome, ravnotežu procesa proizvodnje i trošenja energije. Proces proizvodnje energije, kao što znate, odvija se u mitohondrijima, koji se, zahvaljujući ovoj osobini, nazivaju energetskim centrima ćelija. A slijed kemijskih reakcija koji vam omogućava da dobijete energiju za rad svake ćelije tijela naziva se Krebsov ciklus.

Krebsov ciklus – čuda koja se dešavaju u mitohondrijama

Energija primljena kroz Krebsov ciklus (također TCA - ciklus trikarboksilnih kiselina) ide za potrebe pojedinačnih ćelija koje zauzvrat čine različita tkiva i, shodno tome, organe i sisteme našeg tijela. Budući da tijelo jednostavno ne može postojati bez energije, mitohondrije neprestano rade na kontinuiranom opskrbi stanica energijom koja im je potrebna.

Adenozin trifosfat (ATP) – to je jedinjenje koje je univerzalni izvor energije neophodan za tok svih biohemijskih procesa u našem tijelu.

TCA je centralni metabolički put, kao rezultat kojeg se završava oksidacija metabolita:

• masne kiseline;
• amino kiseline;
• monosaharidi.

U procesu aerobnog raspada, ove biomolekule se razgrađuju na manje molekule koje se koriste za energiju ili sintezu novih molekula.

Ciklus trikarboksilne kiseline sastoji se od 8 faza, tj. reakcije:

1. Formiranje limunske kiseline:

2. Formiranje izocitrične kiseline:

3. Dehidrogenacija i direktna dekarboksilacija izocitritne kiseline.

4. Oksidativna dekarboksilacija α-ketoglutarne kiseline

5. Fosforilacija supstrata

6. Dehidrogenacija jantarne kiseline sukcinat dehidrogenazom

7. Formiranje jabučne kiseline enzimom fumarazom

8. Formiranje oksalacetata

Dakle, nakon završetka reakcija koje čine Krebsov ciklus:

• jedan molekul acetil-CoA (nastao kao rezultat razgradnje glukoze) oksidira se u dva molekula ugljičnog dioksida;
• tri NAD molekula su reducirana u NADH;
• jedan FAD molekul je reduciran u FADH 2 ;
• proizvodi se jedan molekul GTP-a (ekvivalent ATP-u).

NADH i FADH 2 molekule djeluju kao nosači elektrona i koriste se za stvaranje ATP-a u sljedećem koraku metabolizma glukoze, oksidativnoj fosforilaciji.

Funkcije Krebsovog ciklusa:

• katabolički (oksidacija acetilnih ostataka molekula goriva u krajnje produkte metabolizma);
• anabolički (supstrati Krebsovog ciklusa - osnova za sintezu molekula, uključujući aminokiseline i glukozu);
• integrativni (CTK - veza između anaboličkih i kataboličkih reakcija);
• donor vodonika (isporuka 3 NADH.H+ i 1 FADH 2 u respiratorni lanac mitohondrija);
• energije.

Nedostatak elemenata neophodnih za normalan tok Krebsovog ciklusa može dovesti do ozbiljnih problema u tijelu povezanih s nedostatkom energije.

Zbog metaboličke fleksibilnosti, tijelo je u stanju da koristi ne samo glukozu kao izvor energije, već i masti, čijom razgradnjom se dobijaju i molekuli koji formiraju pirogrožđanu kiselinu (uključene u Krebsov ciklus). Dakle, CTC koji pravilno teče osigurava energiju i građevne blokove za formiranje novih molekula.

Ciklus trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus)

Glikoliza pretvara glukozu u piruvat i proizvodi dva ATP molekula iz molekula glukoze - ovo je mali dio potencijalne energije ovog molekula.

U aerobnim uslovima, piruvat se iz glikolize pretvara u acetil-CoA i oksidira u CO 2 u ciklusu trikarboksilne kiseline (ciklus limunske kiseline). U ovom slučaju, elektroni oslobođeni u reakcijama ovog ciklusa prelaze NADH i FADH 2 do 0 2 - konačnog akceptora. Elektronski transport je povezan sa stvaranjem protonskog gradijenta mitohondrijske membrane, čija se energija zatim koristi za sintezu ATP-a kao rezultat oksidativne fosforilacije. Pogledajmo ove reakcije.

U aerobnim uslovima, pirogrožđana kiselina (faza 1) prolazi kroz oksidativnu dekarboksilaciju, koja je efikasnija od transformacije u mlečnu kiselinu, sa formiranjem acetil-CoA (faza 2), koji se može oksidirati do krajnjih proizvoda razgradnje glukoze - CO 2 i H 2 0 (3. faza). G. Krebs (1900-1981), njemački biohemičar, proučavajući oksidaciju pojedinih organskih kiselina, spojio je njihove reakcije u jedan ciklus. Stoga se ciklus trikarboksilne kiseline često naziva Krebsovim ciklusom u njegovu čast.

Oksidacija pirogrožđane kiseline u acetil-CoA odvija se u mitohondrijima uz učešće tri enzima (piruvat dehidrogenaza, lipoamid dehidrogenaza, lipoilacetiltransferaza) i pet koenzima (NAD, FAD, tiamin pirofosfat, amid lipoinske kiseline A). Ova četiri koenzima sadrže vitamine B (B x, B 2 , B 3 , B 5), što ukazuje na potrebu za ovim vitaminima za normalnu oksidaciju ugljikohidrata. Pod uticajem ovog složenog enzimskog sistema, piruvat se u reakciji oksidativne dekarboksilacije pretvara u aktivni oblik sirćetne kiseline - acetil koenzim A:

U fiziološkim uslovima, piruvat dehidrogenaza je isključivo ireverzibilni enzim, što objašnjava nemogućnost pretvaranja masnih kiselina u ugljikohidrate.

Prisustvo makroergijske veze u molekulu acetil-CoA ukazuje na visoku reaktivnost ovog jedinjenja. Konkretno, acetil-CoA može djelovati u mitohondrijima za stvaranje energije; u jetri se višak acetil-CoA koristi za sintezu ketonskih tijela; u citosolu je uključen u sintezu složenih molekula poput sterida i masnih kiselina .

Acetil-CoA dobijen reakcijom oksidativne dekarboksilacije pirogrožđane kiseline ulazi u ciklus trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus). Krebsov ciklus - konačni katabolički put za oksidaciju ugljikohidrata, masti, aminokiselina, u suštini je "metabolički kotao". Reakcije Krebsovog ciklusa, koje se odvijaju isključivo u mitohondrijima, nazivaju se i ciklusom limunske kiseline ili ciklusom trikarboksilne kiseline (TCA).

Jedna od najvažnijih funkcija ciklusa trikarboksilne kiseline je stvaranje reduciranih koenzima (3 molekula NADH + H + i 1 molekula FADH 2) nakon čega slijedi prijenos atoma vodika ili njihovih elektrona do konačnog akceptora, molekulskog kisika. Ovaj transport je praćen velikim smanjenjem slobodne energije, čiji se dio koristi u procesu oksidativne fosforilacije za skladištenje u obliku ATP-a. Podrazumijeva se da je ciklus trikarboksilne kiseline aeroban, ovisan o kisiku.

1. Početna reakcija ciklusa trikarboksilne kiseline je kondenzacija acetil-CoA i oksalosirćetne kiseline uz učešće enzima citrat sintaze mitohondrijalnog matriksa da bi se formirala limunska kiselina.

2. Pod uticajem enzima akonitaze, koji katalizuje uklanjanje molekula vode iz citrata, ovaj se pretvara

na cis-akonitnu kiselinu. Voda se spaja sa cis-akonitnom kiselinom, pretvarajući se u izocitnu kiselinu.

3. Zatim enzim izocitrat dehidrogenaza katalizira prvu reakciju dehidrogenaze ciklusa limunske kiseline, kada se izocitratna kiselina pretvara u α-ketoglutarnu kiselinu u reakcijama oksidativne dekarboksilacije:

U ovoj reakciji nastaju prvi molekul CO 2 i prvi molekul NADH 4-H + ciklusa.

4. Dalju konverziju α-ketoglutarne kiseline u sukcinil-CoA katalizira multienzimski kompleks α-ketoglutarne dehidrogenaze. Ova reakcija je hemijski analogna reakciji piruvat dehidrogenaze. Uključuje lipoičnu kiselinu, tiamin pirofosfat, HS-KoA, NAD+, FAD.

Kao rezultat ove reakcije, ponovo nastaje molekul NADH + H + i CO 2.

5. Molekul sukcinil-CoA ima makroergijsku vezu, čija se energija pohranjuje u sljedećoj reakciji u obliku GTP. Pod uticajem enzima sukcinil-CoA sintetaze, sukcinil-CoA se pretvara u slobodnu jantarnu kiselinu. Imajte na umu da se jantarna kiselina može dobiti i iz metilmalonil-CoA oksidacijom masnih kiselina s neparnim brojem atoma ugljika.

Ova reakcija je primjer fosforilacije supstrata, budući da se visokoenergetski GTP molekul u ovom slučaju formira bez sudjelovanja transportnog lanca elektrona i kisika.

6. Jantarna kiselina se oksidira u fumarnu kiselinu u reakciji sukcinat dehidrogenaze. Sukcinat dehidrogenaza, tipičan enzim koji sadrži željezo i sumpor čiji je koenzim FAD. Sukcinat dehidrogenaza je jedini enzim fiksiran na unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani, dok su svi ostali enzimi ciklusa locirani u mitohondrijskom matriksu.

7. Nakon toga slijedi hidratacija fumarne kiseline u jabučnu kiselinu pod utjecajem enzima fumaraze u reverzibilnoj reakciji u fiziološkim uvjetima:

8. Konačna reakcija ciklusa trikarboksilne kiseline je reakcija malat dehidrogenaze koja uključuje aktivni enzim mitohondrijalne NAD~-zavisne malat dehidrogenaze, u kojoj se formira treći molekul reduciranog NADH + H +:

Formiranje oksaloacetatne kiseline (oksaloacetata) završava jedan krug ciklusa trikarboksilne kiseline. Oksalosirćetna kiselina se može koristiti u oksidaciji drugog acetil-CoA molekula, a ovaj ciklus reakcija može se ponavljati više puta, što stalno dovodi do proizvodnje oksalooctene kiseline.

Dakle, oksidacija jednog molekula acetil-CoA kao supstrata ciklusa u TCA ciklusu dovodi do proizvodnje jednog GTP molekula, tri NADP + H + molekula i jednog FADH 2 molekula. Oksidacija ovih redukcijskih sredstava u biološkom oksidacionom lancu

jon dovodi do sinteze 12 ATP molekula. Ova računica je jasna iz teme “Biološka oksidacija”: uključivanje jedne NAD + molekule u sistem transporta elektrona je na kraju praćeno formiranjem 3 ATP molekula, uključivanje FADH 2 molekula obezbeđuje formiranje 2 ATP molekula, a jedan GTP molekul je ekvivalentan 1 ATP molekulu.

Imajte na umu da dva atoma ugljika adetil-CoA ulaze u ciklus trikarboksilne kiseline, a dva atoma ugljika napuštaju ciklus u obliku CO 2 u reakcijama dekarboksilacije koje kataliziraju izocitrat dehidrogenaza i alfa-ketoglutarat dehidrogenaza.

Sa potpunom oksidacijom molekula glukoze u aerobnim uslovima do CO 2 i H 2 0, formiranje energije u obliku ATP-a je:

• 4 ATP molekula tokom konverzije molekula glukoze u 2 molekula pirogrožđane kiseline (glikoliza);
• 6 ATP molekula nastalih u reakciji 3-fosfogliceraldehid dehidrogenaze (glikoliza);
• 30 ATP molekula nastalih tokom oksidacije dva molekula pirogrožđane kiseline u reakciji piruvat dehidrogenaze i u kasnijim transformacijama dva acetil-CoA molekula u CO 2 i H 2 0 u ciklusu trikarboksilne kiseline. Prema tome, ukupna izlazna energija tokom potpune oksidacije molekula glukoze može biti 40 ATP molekula. Međutim, treba uzeti u obzir da su tokom oksidacije glukoze u fazi pretvaranja glukoze u glukoza-6-fosfat i u fazi pretvaranja fruktozo-6-fosfata u fruktozo-1,6-difosfat došlo do dva molekula ATP-a. konzumira. Prema tome, "neto" izlazna energija tokom oksidacije molekula glukoze iznosi 38 ATP molekula.

Možete uporediti energiju anaerobne glikolize i aerobnog katabolizma glukoze. Od 688 kcal energije teoretski sadržanih u 1 gram-molekulu glukoze (180 g), 20 kcal je u dva ATP molekula nastala u reakcijama anaerobne glikolize, a 628 kcal teoretski ostaje u obliku mliječne kiseline.

U aerobnim uslovima, od 688 kcal gram-molekula glukoze u 38 molekula ATP dobijeno je 380 kcal. Dakle, efikasnost iskorišćenja glukoze u aerobnim uslovima je oko 19 puta veća nego u anaerobnoj glikolizi.

Treba istaći da se sve reakcije oksidacije (oksidacija triozfosfata, pirogrožđane kiseline, četiri reakcije oksidacije ciklusa trikarboksilne kiseline) nadmeću u sintezi ATP-a iz ADP-a i Phneora (Pasterov efekat). To znači da rezultirajući NADH + H + molekul u oksidacijskim reakcijama ima izbor između reakcija respiratornog sistema, koji prenosi vodonik na kisik, i enzima LDH, koji prenosi vodonik u pirogrožđanu kiselinu.

U ranim fazama ciklusa trikarboksilne kiseline, njegove kiseline mogu napustiti ciklus i učestvovati u sintezi drugih ćelijskih jedinjenja bez ometanja funkcionisanja samog ciklusa. Različiti faktori su uključeni u regulaciju aktivnosti ciklusa trikarboksilne kiseline. Među njima, prije svega, treba spomenuti unos acetil-CoA molekula, aktivnost kompleksa piruvat dehidrogenaze, aktivnost komponenti respiratornog lanca i oksidativne fosforilacije povezane s tim, kao i nivo oksaloacetata. kiselina.

Molekularni kiseonik nije direktno uključen u ciklus trikarboksilne kiseline, međutim, njegove reakcije se odvijaju samo u aerobnim uslovima, budući da se NAD ~ i FAD mogu regenerisati u mitohondrijama samo kada se elektroni prenesu na molekularni kiseonik. Treba naglasiti da je glikoliza, za razliku od ciklusa trikarboksilnih kiselina, moguća i u anaerobnim uslovima, jer se NAD ~ regeneriše kada pirogrožđana kiselina pređe u mlečnu kiselinu.

Osim stvaranja ATP-a, ciklus trikarboksilne kiseline ima još jedan važan značaj: ciklus pruža posredničke strukture za različite biosinteze tijela. Na primjer, većina atoma porfirina potječe od sukcinil-CoA, mnoge aminokiseline su derivati ​​α-keto-glutarne i oksalo-sirćetne kiseline, a fumarna kiselina se javlja tokom sinteze uree. Ovo očituje integralnost ciklusa trikarboksilne kiseline u metabolizmu ugljikohidrata, masti i proteina.

Kao što pokazuju reakcije glikolize, sposobnost većine ćelija da stvaraju energiju leži u njihovim mitohondrijama. Broj mitohondrija u različitim tkivima povezan je sa fiziološkim funkcijama tkiva i odražava njihovu sposobnost da učestvuju u aerobnim uslovima. Na primjer, crvena krvna zrnca nemaju mitohondrije i stoga nemaju sposobnost generiranja energije koristeći kisik kao konačni akceptor elektrona. Međutim, u srčanom mišiću koji funkcionira u aerobnim uvjetima, polovica volumena ćelijske citoplazme predstavlja mitohondrije. Jetra također ovisi o aerobnim uvjetima za svoje različite funkcije, a hepatociti sisara sadrže do 2.000 mitohondrija po ćeliji.

Mitohondrije uključuju dvije membrane - vanjsku i unutrašnju. Vanjska membrana je jednostavnija, sastoji se od 50% masti i 50% proteina i ima relativno malo funkcija. Unutrašnja membrana je strukturno i funkcionalno složenija. Otprilike 80% njegove zapremine čine proteini. Sadrži većinu enzima uključenih u transport elektrona i oksidativnu fosforilaciju, metaboličke medijatore i adenin nukleotide između citosola i mitohondrijalnog matriksa.

Različiti nukleotidi uključeni u redoks reakcije, kao što su NAD + , NADH, NADP + , FAD i FADH 2 ne prodiru u unutrašnju mitohondrijalnu membranu. Acetil-CoA se ne može kretati iz mitohondrijalnog odjeljka u citosol, gdje je neophodan za sintezu masnih kiselina ili sterola. Stoga se intramitohondrijski acetil-CoA pretvara u reakciji citrat-sintaze ciklusa trikarboksilne kiseline i u tom obliku ulazi u citosol.

TCA je završna faza u katabolizmu ugljikohidrata, lipida i proteina, tokom koje se dvougljični acetilni ostatak razlaže na 2 molekula ugljičnog dioksida.

1. Početna reakcija je kondenzacija molekula acetila i oksaloacetata da nastane limunska kiselina (citrat)

Enzim: citrat sintaza. Brzina reakcije ovisi o količini oksaloacetata, koji je i supstrat i alosterički aktivator za citrat sintazu.

2. Pretvaranje limunske kiseline u izocitratnu kiselinu (citrat u izocitrat). Reakcija se odvija u dvije faze s formiranjem međuproizvoda, cis-akonitne kiseline.

enzim: akonitaza. U ćelijskim uslovima, ravnoteža u sistemu ove dve reakcije se pomera ka stvaranju izocitrata, zbog njegovog stalnog gubitka u sledećoj reakciji.

3. Oksidacija (dehidrogenacija) izocitratne kiseline (izocitrata). Ovo je prva reakcija dehidrogenacije u CTC-u, koji služi kao potencijalni izvor energije. Tokom ove reakcije uklanja se prvi molekul ugljičnog dioksida.

Enzim : izocitrat dehidrogenaza. Sadrži NAD+ kao koenzim. Ovo je glavni regulatorni enzim ciklusa, njegovi efektori: aktivator - NAD +, inhibitor - NADH.

Budući da su početni međuproizvodi procesa koji se proučava su trikarboksilne kiseline, on se naziva ciklus trikarboksilne kiseline, a prema istraživaču Krebsov ciklus.

4. Oksidativna dekarboksilacija a-ketoglutarne kiseline. Ovo je druga reakcija dehidrogenacije u CTC i druga reakcija praćena stvaranjem konačnog proizvoda - CO 2 . Ravnoteža u ovoj reakciji je toliko pomaknuta udesno da se može smatrati fiziološki ireverzibilnom.

enzim: multienzimski kompleks a- ketoglutarat dehidrogenaza. Kompleks uključuje 3 enzima:

1. a-ketoglutarat dekarboksilaza

2. transacylase

3. dihidrolipoil dehidrogenaza

Kompleks uključuje 5 koenzima: TDP, lipoičnu kiselinu, HS-CoA, FAD, NAD+.

5. Reakcija fosforilacije III supstrata

Ova reakcija je povezana sa stvaranjem ATP-a.

Enzim: succinatethiokinase.

fosforilacija supstrata ovo je način da se sintetizira ATP ili GTP zahvaljujući energiji makroergijskih molekula. Biološka uloga procesa je brza proizvodnja ATP-a u ćeliji bez potrošnje kisika.

6. Oksidacija jantarne kiseline (sukcinat). 3. reakcija dehidrogenacije.

enzim:sukcinat dehidrogenaza. Sadrži FAD kao koenzim. Ovo je jedini TCA enzim koji nije lociran u rastvorljivom delu matriksa, već je povezan sa unutrašnjom membranom mitohondrija. Malonska kiselina, strukturni analog jantarne kiseline, može se koristiti kao kompetitivni inhibitor ovog enzima.

7. Stvaranje jabučne kiseline (malat)

Enzim: fumaraza. Ovaj enzim ima stereohemijsku specifičnost i sposoban je da doda vodu dvostrukoj vezi samo u trans konformaciji.

8. Oksidacija jabučne kiseline (malat) - 4. reakcija dehidrogenacije.

enzim: malat dehidrogenaza. Sadrži NAD+ kao koenzim.

Oksaloacetat koji nastaje tokom reakcija je ujedno i početni supstrat, što proces čini cikličnim.

Biološka uloga Krebsovog ciklusa :

TCA je centralni metabolički put koji je povezan sa transformacijom svih drugih klasa biomolekula. Obavlja dvije glavne funkcije

1. energetska funkcija. TCA je glavni dobavljač vodonika u sastavu NADH i FADH 2 za respiratorni lanac. Nakon toga, e sadržano u ovim vodicima se uz sudjelovanje enzima respiratornog lanca prenosi na kisik uz formiranje konačnog proizvoda oksidacije - vode, a energija koja se u ovom slučaju oslobađa koristi se za sintezu ATP-a. TCA je aerobni proces koji zahteva stalno učešće kiseonika. U nedostatku kisika, reducirani oblici NADH i FADH se akumuliraju i, kao rezultat, inhibiraju se reakcije dehidrogenacije TCA ciklusa.

Osim toga, tokom TCA reakcija nastaje 1 mol GTP u reakciji fosforilacije supstrata.

2. Amfibolička funkcija.

Ispod amfibolička funkcija Krebsovog ciklusa razumiju upotrebu međuproizvoda (međuproizvoda) ciklusa za sintezu drugih molekula. Na primjer, sukcinil-CoA je polazno jedinjenje u sintezi hema; a-ketoglutarat - aminokiseline (glutamat, glutamin, prolin, histidin).

Upotreba međuproizvoda Krebsovog ciklusa za sintetičke procese dovodi do smanjenja nivoa oksaloacetata u mitohondrijima, inhibicije ciklusa i poremećaja energetskog metabolizma. Da se to ne dogodi, u mitohondrijama postoje reakcije koje nadopunjuju fond oksaloacetata.

Reakcije koje obnavljaju zalihe oksaloacetata u mitohondrijima nazivaju se anaplerotičan.

1. Karboksilacija piruvata:

enzim:piruvat karboksilaze

2. Transaminacija asparaginske kiseline:

Aspartat + a-KG oksaloacetat + glutamat

enzim: aspartat aminotransferaza.

regulacija Krebsovog ciklusa.

Regulacija se sprovodi pomoću dva mehanizma:

1. Fosforilacija-defosforilacija. Sa visokim nivoom ATP-a u mitohondrijima dolazi do fosforilacije 1. enzima - citrat sintaza a brzina reakcija Krebsya ciklusa se smanjuje. Sa smanjenjem ATP-a i akumulacijom ADP-a dolazi do defosforilacije enzima i povećava se njegova aktivnost.

2. Alosterična regulacija. Prema ovom mehanizmu vrši se regulacija dva enzima.

citrat sintaza aktivira oksaloacetat.

izocitrat dehidrogenaza(glavni regulatorni enzim) aktivira NAD + i inhibira NADH 2

a-ketoglutarat dehidrogenaza inhibirano produktom reakcije, sukcinil-CoA.